红层岩石蠕变特性及其非线性本构模型研究

摘要

随着我国建设事业的快速发展，交通基础设施规模日益扩大。西南地区红层广泛分布，地质力学性质复杂。这些大型工程建设服务年限较长，为保证运营期间的安全，预测其长期稳定性，有必要对边坡岩石进行流变力学试验研究。岩石流变力学理论作为岩石力学中的前沿课题，近年来已取得许多成果，然而对岩石流变特性和流变本构模型的研究仍不够成熟。基于此，本文采用试验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法，开展了以下几方面的工作。
　　(1)通过对红层边坡岩石进行单轴压缩试验和单轴压缩蠕变试验，分析了不同岩性、应力路径和含水状态下岩石的流变力学行为，确定岩石的长期强度。深入探讨了岩石宏观流变破裂现象及微观流变发展机理。
　　(2)根据试验结果建立了三种新的非线性流变本构模型。采用遗传蠕变理论，以指数函数为蠕变核函数，双曲线函数为应力-应变本构关系，建立新的经验型流变本构模型。提出一种新的非线性黏壶元件，引进裂隙塑性体等非线性元件，组合建立新的非线性流变元件本构模型。从岩石损伤机理出发，建立时效损伤演化方程，通过应变速率建立新的流变损伤本构模型。三种模型拟合曲线与试验结果吻合良好。
　　(3)对夜郎河特大桥拱座基础处顺层岩质边坡进行数值模拟，比较分析瞬时状态和流变状态下边坡变形及应力变化情况，给出合理的工程建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩石流变力学特性试验研究及理论分析

1．2．2 岩石流变本构模型理论研究现状

1．2．3 流变力学的数值模拟及工程分析现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

第2章 岩石流变力学特性试验研究

2．1 引言

2．2 岩样采集及制备

2．3 试验方案设计

2．4 岩石单轴压缩试验研究

2．4．1 单轴压缩试验步骤

2．4．2 单轴压缩试验结果分析

2．5 岩石流变试验研究

2．5．1 试验加载设备

2．5．2 流变试验过程

2．5．3 流变试验结果

2．5．4 流变曲线处理方法

2．5．5 岩石长期强度确定

2．6 岩石蠕变破裂机制探讨

2．6．1 岩石流变的破裂过程及形式

2．6．2 岩石微观流变破裂机制探讨

2．7 本章小结

第3章 岩石材料流变本构模型研究

3．1 引言

3．2 岩石经验流变模型

3．2．1 典型的经验蠕变模型

3．2．2 经验蠕变模型的建立

3．2．3 经验流变模型参数的辨识

3．3 岩石流变元件组合模型

3．3．1 岩石线性流变元件组合模型

3．3．2 岩石非线性流变元件

3．3．3 岩石非线性流变元件组合模型

3．3．4 非线性流变兀件组合卸载方程

3．3．5 非线性流变元件组合模型参数辨识

3．4 岩石损伤流变本构模型

3．4．1 损伤变量

3．4．2 损伤演化方程

3．4．3 岩石流变损伤本构模型的建立

3．4．4 损伤流变本构模型参数辨识

3．5 本章小结

第4章 夜郎河特大桥基础及其边坡时效变形数值模拟

4．1 引言

4．2 工程概况

4．3 三维数值计算模型

4．3．1 数值计算软件简介

4．3．2 三维数值计算网格模型建立

4．3．3 岩体力学参数确定

4．4 数值计算结果分析

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目