岩石蠕变损伤模型

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流变现象广泛存在于各种岩石类材料工程中,大量的工程破坏现象(边坡、大坝等结构失稳破坏)都和流变特性有着紧密的联系,其中,岩石的蠕变现象最为常见。所以,对于岩石蠕变特性的研究对岩石工程具有重要的理论和指导意义。一直以来,岩石的蠕变特性就是岩石力学中研究的热点内容,不仅研究的内容越来越来丰富,还取得了丰硕的研究成果。即便如此,对于模拟和描述岩石的时效性和研究岩石流变特性等方面还不是很成熟,在岩石工程领域还有很多亟待解决的问题。  在理论方面,本文引入分数阶微积分理论,基于弹性、塑性、黏性元件的力学性质,构建了分数阶非线性模型,通过理论推导得到本构方程。同时,从损伤理论和耗散材料的不可逆热力学出发,考虑损伤因子对材料系数的影响,得出损伤体,然后将损伤体与经典Burgers体串联提出一种新的元件组合模型,并进行理论推导得到蠕变本构方程。通过不同的理论基础和不同的研究角度,旨在建立一个能够模拟岩石蠕变全过程的模型,为研究岩石蠕变特性提供一定的理论依据。  在试验验证方面,本文通过泥岩和两种不同的岩盐(乔后岩盐和长山岩盐)分别对两种模型进行试验验证,结合两种模型的蠕变本构方程,并利用Matlab拟合工具箱,推导得到岩石材料参数,最后进行同一模型模拟不同岩石试件的横向分析和不同模型描述同一岩石蠕变的纵向分析。  最后,通过损伤模型和分数阶模型理论和试验曲线的对比分析,结果表明损伤模型比分数阶模型更能很好地模拟泥岩和两种岩盐的蠕变全过程,得到了损伤效应在研究岩石类材料工程中的重要意义,同样也验证了本文所建损伤模型能够成功模拟岩石蠕变的全过程,从而证明了本损伤模型的正确合理性。  
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