基於微裂紋演化的岩石蠕變損傷跨層次分析

《基於微裂紋演化的岩石蠕變損傷跨層次分析》是依託重慶大學，由萬玲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於微裂紋演化的岩石蠕變損傷跨層次分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：萬玲
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

蠕變是岩土工程圍岩變形、失穩破壞的重要原因之一，岩石材料中存在的大量微裂紋及其演化對其蠕變損傷破壞有重要影響。選擇典型岩石進行計及應力水平、溫度和圍壓效應的單軸和三軸蠕變試驗，進行細觀力學實驗，觀察不同條件下材料中微裂紋的演化規律，分析岩石蠕變損傷與失效的影響因素及作用機理。用細觀力學方法研究微裂紋的開裂、擴展規律，分析岩石蠕變損傷行為與微裂紋演化行為的相互作用機制，研究微裂紋演化與材料巨觀破壞之間的關係，引入統計力學和均勻化理論，分析微裂紋群的演化行為對岩石變形的影響，建立岩石的四階損傷張量；基於連續介質力學基本理論和含內變數的不可逆熱力學，結合岩石材料蠕變損傷行為的分析，建立能反映微裂紋演化的岩石蠕變損傷細-巨觀跨層次本構模型，發展相應的數值分析方法，模擬實際岩土工程中材料的蠕變損傷特性，為岩土工程結構設計、支護最佳化以及穩定性評估提供依據。

結題摘要

蠕變是岩石材料的重要力學特徵，也是岩土工程圍岩變形、失穩破壞的重要原因之一，岩石材料中存在的大量微裂紋及其演化對其蠕變損傷破壞有重要影響。利用自行研製的三軸蠕變儀，對泥岩進行了系統的單軸和三軸蠕變試驗，試驗中考慮了軸壓和圍壓對蠕變的影響。結果表明，當圍壓一定時，軸向應力增加，蠕變加快，在穩態蠕變階段的應變率增大，試件的壽命縮短。而當應力差保持不變時，圍壓增加，蠕變減慢，穩態蠕變階段的應變率也減小，試件的壽命增加。 通過對鹽岩進行的不同溫度和應力水平下的三軸蠕變試驗表明，在圍壓和溫度不變時, 軸壓對蠕變和蠕變率的影響與泥岩相同。隨著溫度的增加，蠕變應變增大，穩態蠕變應變率也相應增大。 在理論方面，基於含內變數的不可逆熱力學和連續介質損傷力學，通過在不可逆應變和牛頓時間所構成的空間中合理的定義廣義時間、引入四階各向異性損傷張量，建立了岩石的蠕變損傷本構模型。該模型能夠考慮複雜應力狀態下材料的回響特性，各向異性損傷及其損傷的方向特徵，靜水壓力和溫度的影響等。發展了相應的數值分析方法，並根據泥岩三軸蠕變試驗結果進行了驗證。 研究了含瓦斯煤岩中橢圓形微裂紋的變形及演化行為對煤岩變形及破壞的影響，針對煤岩同時受三軸應力和空隙壓力作用，分析了橢圓形微裂紋的張開和閉合對煤岩變形的影響，利用能量平衡原理建立了橢圓形微裂紋的擴展準則，發展了一種橢圓形微裂紋偏折擴展的計算方法，建立了橢圓形微裂紋的匯合準則，分析了微裂紋偏折擴展、匯合與煤岩破壞的關係，建立了含瓦斯煤岩的細觀損傷模型。引入機率密度函式，將基於Taylor方法建立的三維宏細觀損傷模型，套用於分析含瓦斯煤岩的三軸壓縮實驗，理論結果與實驗結果基本符合。