《基於大變形理論的岩土材料熱-力本構特性的研究》是依託中南大學，由張升擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於大變形理論的岩土材料熱-力本構特性的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張升
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著科學研究與工程實際的發展，岩土材料熱-力耦合本構特性已經成為一個新的研究領域。但是，目前相關的試驗與理論研究都存在不少不足與矛盾之處，無法合理而全面的了解岩土材料複雜的熱-力特性。針對這些不足，本研究擬進行系統而深入的研究：首先，進行典型岩土材料的短期（強度、變形特性）、長期（蠕變）熱力特性試驗，以及高溫條件下的循環荷載試驗，系統的認識岩土材料複雜的熱-力特性；在此基礎上，利用等價應力的概念，從新的角度建立起簡單、合理而自然的岩土材料熱-力本構模型，模型能夠統一反映材料複雜的熱-力特性，並且滿足熱力學基本定律；最後，基於新的模型，開發三維有限元計算程式，對複雜的熱-力邊界值問題進行模擬。研究不僅能夠深化對岩土材料本構特性的認識，並且可以為深層地質處置核廢料、滑坡預測與防治、重大交通工程路基長期安全性分析等重大工程套用提供理論基礎。
結題摘要
在諸多岩土工程如高放核廢料處置、地熱資源開發等套用中需要考慮軟岩的長期力學特性，而溫度升高會對軟岩材料的蠕變破壞特性產生複雜影響，建立能反映蠕變破壞特性的本構模型具有理論價值和現實意義。從連續介質力學入手，基於下負荷面劍橋模型和等價應力的概念，建立了能描述軟岩在溫度作用下蠕變過程的熱彈黏塑性模型。利用自主開發的儀器，採用大谷石進行了不同圍壓下的三軸蠕變試驗，並對模型進行了驗證。多種實驗結果表明，材料在不同應力狀態下，存在最優溫度使得蠕變破壞最慢，此外，受溫升影響時存在蠕變破壞加快和減慢兩種現象，提出的模型能統一描述這兩種現象。分析了模型特性，總結了不同材料參數和應力狀態對蠕變規律的影響。基於上負荷面模型和溫度等效應力概念，提出一個考慮結構性的軟岩熱彈塑性模型。計算結果與試驗結果表明，該模型既能夠統一描述溫度上升導致軟岩強度上升（熱增強）和強度下降（熱減弱）兩種現象，也能對軟岩的結構性進行模擬分析。軟岩初始結構性愈強，強度愈大，且初始結構性的變化可使軟岩在“熱增強”和“熱減弱”之間相互轉換。無論“熱增強”或者“熱減弱”，線性熱膨脹係數越大或者溫度越高，結構性狀態變數的消散均會加快；並且，當線性熱膨脹係數和溫度均較高時，這種加速趨勢會更為顯著；相較於“熱減弱”，“熱增強”情況下的結構性更容易消散，即消散速度更快。
