分级循环加卸载下砂岩损伤特性分析

论文摘要

为探究砂岩材料在分级循环加卸载受力条件下的损伤演化特性,本文通过建立损伤统计本构模型和从能量耗散的角度两个方面来分析岩样损伤破坏失稳过程。首先基于Weibull概率分布函数和岩石应变强度理论,通过损伤力学理论,定义了损伤变量的表达式,建立了一种能够同时描述岩石循环加载阶段和卸载阶段的损伤本构模型。然后,分别与砂岩分级循环加载和卸载两个阶段的试验数据相比较,验证了该本构模型的合理性,参数物理意义明确,并进行了参数敏感性分析。并通过分析砂岩在循环加卸载过程中的能量耗散演化规律,说明砂岩的损伤过程及受力变形特性。为精确计算每级能量参数,考虑了残余变形量、滞回特性的影响,分析了滞回环形状的形成。用能量储存率、能量耗散率描述了能量相互转化过程,并分析了循环次数与能量储存率、能量耗散率、残余应变的关系。最后,讨论了两种方法的优缺点。研究结果表明:(1)建立的分级循环加卸载下的岩石损伤本构方程与试验应力应变曲线具有较高的拟合度,证明了其合理性和适用性。用该损伤本构模型得出的应力应变全程曲线和损伤值能正确的反映出岩石的损伤演化过程,能够描述岩石破坏的各个阶段。参数敏感性对本构模型具有不同程度的影响。(2)从能量角度分析可知,在循环加卸载过程中,压密阶段,能量储存率最小,耗散率最大,变形量大。岩样高度压密阶段,变形量增速减缓,能量储存能力、耗散能力属于稳定状态。岩样在临近破坏的时候,处于加速损伤状态,各能量参数和残余应变在会发生突变,最终破裂失稳。(3)滞后效应对砂岩滞回环形状(“尖叶”状)的形成具有显著影响。应变相位会超前、相等或滞后于应力相位,其中以应变相位超前于应力相位为主。岩样的不密实性使其在连续加载过程中,会快速出现塑性变形,损伤程度不断增大,变形速率也不断加快。因此,应变相位超前于应力相位的主要原因是岩样的不密实性,根本原因是塑性变形的产生。在加载、卸载阶段会出现应变相位滞后于应力相位的情况,受阻尼力对此有一定的影响,但主要是因为第一次循环加载使砂岩高度压密,局部并伴有塑性变形,这对后续循环出现的应变相位滞后于应力相位的情况具有很大影响。图[29]表[3]参[52]。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘彬

导师: 娄培杰

关键词: 循环荷载,损伤本构模型,滞后效应,概率分布函数,残余应变

来源: 安徽理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 安徽理工大学

分类号: TU45

DOI: 10.26918/d.cnki.ghngc.2019.000083

总页数: 52

文件大小: 2990K

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标签：循环荷载论文;  损伤本构模型论文;  滞后效应论文;  概率分布函数论文;  残余应变论文;