石膏角礫巖非線性流變模型研究及有限元分析.pdf

1、本文通過對石膏角礫巖進(jìn)行不同圍壓下的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)，單軸以及不同圍壓下的三軸壓縮蠕變試驗(yàn)，研究了石膏角礫巖的瞬時變形及破壞特征，在不同圍壓及應(yīng)力水平下的蠕變特征等。研究結(jié)果表明，石膏角礫巖流變具有非線性特征。結(jié)合偏光顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀測分析，探討了石膏角礫巖的蠕變機(jī)理。 在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于統(tǒng)計(jì)損傷理論研究了石膏角礫巖瞬時損傷應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系，提出統(tǒng)計(jì)損傷應(yīng)考慮損傷門檻的影響，建立了考慮損傷門檻的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)方程，理

2、論計(jì)算結(jié)果與常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果比較接近。根據(jù)石膏角礫巖的蠕變特性，建立了石膏角礫巖的流變組合模型；編寫了擬牛頓法擬合程序，對流變模型參數(shù)進(jìn)行擬合，分析了不同應(yīng)力水平下模型參數(shù)變化的規(guī)律。在考慮損傷門檻的統(tǒng)計(jì)損傷及石膏角礫巖流變組合模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用應(yīng)變等效原理，建立了考慮瞬時損傷的流變本構(gòu)模型，理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，表明所提出的損傷流變模型能夠描述石膏角礫巖的非線性流變。在Kachanov提出的一維蠕變損傷演化方程的基礎(chǔ)上，建立了同

3、時考慮瞬時損傷和蠕變損傷的流變本構(gòu)模型，理論值與試驗(yàn)值基本一致，驗(yàn)證了提出的蠕變損傷演化方程是正確的，所建的損傷流變模型能夠較好地描述石膏角礫巖的加速蠕變階段。 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模擬非線性方面所具有的優(yōu)勢，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對石膏角礫巖的非線性流變特性進(jìn)行嘗試性研究。建立了分別加載下巖石流變的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；以西原模型作為考題，驗(yàn)證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流變模型在描述巖石流變行為方面是可行并有效的。提出了“分段外推”的思想來提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對時間的

4、外推性，同時，為了增加每段外推的穩(wěn)定性，提出了“初次訓(xùn)練”的方法；以考題為例，驗(yàn)證了所提方法的優(yōu)越性。對石膏角礫巖的非線性流變進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流變模型擬合精度較高。 結(jié)合有限元法的基本原理，分析了粘彈塑性損傷流變模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流變模型的粘性應(yīng)變計(jì)算方法以及相應(yīng)的有限元求解過程；采用ANSYS進(jìn)行前處理，利用APDL語言提取計(jì)算所需的相關(guān)信息，用MATLAB編制了粘彈塑性損傷流變模型及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)流變模型的平面應(yīng)變有限元計(jì)