【能源人都在看，点击右上角加关注】
长按识别二维码，进入点击PDF可查看全文
作 者
张慧梅1,孟祥振2,彭 川3,杨更社2,叶万军2,申艳军2,刘 慧2
作者单位
1. 西安科技大学 理学院；2. 西安科技大学建 筑与土木工程学院；3. 中建八局第三建设有限公司基础设施分公司
1
研究背景
随着一带一路战略的逐步实施,寒区岩土工程建设的数量及规模将大幅度增加。寒区工程结构的岩石一直承受着昼夜及季节交替的冻融循环作用,且处于一定的应力场中,受赋存环境的作用,岩石内部的微观缺陷会不断产生、扩展,其损伤累积的宏观效应表现为岩石的变形破坏。因此,在冻融-荷载作用的条件下研究岩石的损伤本构模型,反映岩石变形破坏的全过程,对寒区工程建设具有重要的理论和工程意义。
目前对冻融岩石力学特性的研究主要在实验层面上,涉及冻融损伤模型的研究较少。模型多基于Lemaitre应变等价原理建立,能较好地描述冻融岩石峰前应变行为,不能有效描述峰后段尤其是残余变形阶段特征,未能从岩石损伤的细观力学响应揭示其宏观变形特征。
笔者在冻融-荷载共同作用的条件下,对应变等价性原理进行修正,推导出可反映残余强度特征的岩石损伤模型;开展红砂岩冻融循环及三轴压缩试验,验证模型的合理性;分析岩石细观损伤演化特征及其宏观力学效应。
2
摘 要
岩石变形破坏特性是寒区岩土工程建设所直接面临的基础力学问题。为模拟冻融与荷载作用下岩石变形破坏的全过程,将冻融-荷载作用下的岩石微元在轴向抽象为未损伤、冻融损伤、受荷损伤、冻融与荷载共同损伤4部分,这4部分材料共同承受轴向应力,其中冻融损伤、受荷损伤、冻融与荷载共同损伤3部分可承受残余应力。
采用Weibull分布描述岩石材料的非均匀性,基于D-P破坏准则,定量表述了冻融与荷载的耦合效应对总损伤的影响规律,建立了考虑残余强度特征的冻融受荷岩石损伤本构模型;基于岩石变形破坏特征,推导出模型参数的理论表达式;开展红砂岩冻融循环及三轴压缩试验,研究岩石的变形破坏过程及冻融循环和围压对其力学特性的影响,验证所建模型的合理性;分析冻融-荷载作用下岩石的损伤力学特性。
研究表明:本文所建模型反映了冻融受荷岩石变形破坏的全过程,并能表征冻融循环和围压对岩石变形特性的影响;岩石的总损伤演化途径反映了细观力学响应与宏观变形破坏特征相一致,刻画出冻融与荷载2种作用因素对岩石总损伤扩展的非线性影响特性,探寻了细观损伤演化所诱发的宏观力学效应,为揭示岩石的冻融破坏机制提供理论依据。
3
文中图片
岩石微元轴向受力
岩石应力-应变试验曲线
岩石本构模型理论与试验曲线比较
岩石总损伤演化曲线
作者简介
张慧梅，女，1968年12月12日生，山西大同人，教授，博士生导师。陕西省力学学会、岩土力学与工程学会理事会理事，西安科技大学力学一级学科带头人，工程力学省级教学团队主要成员。
研究方向
岩土力学与工程
主要成果
从事岩石力学、冻土力学的损伤力学特性及本构关系，岩土力学与工程的数值计算方法研究。获得科技奖励4项，通过科学技术成果鉴定2项，发表学术论文50余篇，获全国徐芝纶力学优秀教师奖1项。
来源：
张慧梅,孟祥振,彭川,等. 冻融-荷载作用下基于残余强度特征的岩石损伤模型[J]. 煤炭学报,2019,44(11):3404-3411.
ZHANG Huimei,MENG Xiangzhen,PENG Chuan,et al. Rock damage constitutive model based on residual intensity characteristics under freeze-thaw and load[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(11):3404-3411.
责任编辑：陶赛编辑整理：郭晓炜
审 核：常琛
End
往期精彩
钱鸣高,许家林：煤炭开采与岩层运动
王家臣：我国放顶煤开采的工程实践与理论进展
袁亮院士视频讲解煤炭精准开采科学构想
谢和平,鞠杨,高明忠,等：煤炭深部原位流态化开采的理论与技术体系
王国法，刘峰，庞义辉，等：煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑
联系我们
联系人：郭晓炜
电话：010-84262930-811
邮箱：guoxiaowei@chinacs.org.cn
网址：www.mtxb.com.cn
版权声明：
本平台刊登的《煤炭学报》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《煤炭学报》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。
免责声明：以上内容转载自煤炭学报，所发内容不代表本平台立场。
全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社
特别声明：文章来源用户上传并发布，本站只提供信息存储服务，不拥有所有权，内容仅供参考。