损伤特征和深层岩石的本构模型下频繁影响干扰在卸货的过程中静态压力高

文摘

在矿产资源的开采深度,岩石在高地壳的复杂力学环境压力和爆破开挖卸荷,和改进的SHPB试验系统是用来进行频繁冲击扰动试验深岩石在卸货的过程中静态压力高。首先,动态应力-应变曲线的一般特征的整个过程趋势可分为四个阶段:稳定发展阶段的微裂纹,微裂纹的无机窝发展阶段,疲劳损伤阶段,疲劳破坏阶段。然后,岩石的损伤变量是由连续的因素,应变等效原理和统计损伤理论,这是基于整个测试期间的岩石的变形特征。和派生的损伤变量方程,岩石破坏过程中被证明是合理的,和频繁的干扰下的岩石损伤本构模型在卸货的过程中静态高压力是由组合模型建立的方法。最后,验证了本构方程的合理性测试数据,显示了动态应力-应变曲线包络良好一致性与本构方程的理论曲线。

1。介绍

随着经济的迅速发展,人类,各种资源消耗越来越多。而肤浅的资源耗尽,深层资源的开发是急需的,特别是深海矿产资源。然而,矿产资源的开采深度是不可避免的使深部岩体在高静态压力和频繁的复杂力学环境动态干扰(1]。此外,静态力学理论不足以解释一些复杂的深层岩石变形特征和破坏现象,因此迫切需要探索适合解释力学特性的理论和方法。

为了研究深岩石的力学特性,岩石力学领域的学者进行了大量的实验,涉及损害的特点和本构模型在静态和动态负载下很深的岩石。对测试设备的研究和数据监测技术也重视。设备的持续改进和数据监测技术研究提供一个基本的保证深层岩石的力学特性。例如,Mobayen和Tchier2- - - - - -4)已经提出了新颖的鲁棒自适应二阶滑模跟踪控制技术和滑模扰动观测器控制技术,和一个非奇异的快速终端滑模稳定器。所有这些奠定了基础的动态负载测试技术的改进。

深岩石的损伤特性研究主要指损伤变量,破坏过程,损伤力学等等。从能源的角度来看,法律的能量耗散的过程中岩石变形和破坏被一些学者研究,可以有效地反映损伤过程(5- - - - - -7]。因此,岩石的方法来描述损伤变量的定义是根据能量耗散的律法,和损伤变量的理论公式推导出估算特定机械条件下岩石的损伤程度(8- - - - - -10]。基于岩石的力学参数,也定义为弹性模量损伤变量的方法,最大应变方法和剩余强度的方法,和损伤变量的相应公式推断,但没有一个能反映岩石的初始损伤程度下的频繁干扰高静态绝对压力(11- - - - - -14]。损伤机制,部分学者们还讨论了温度的影响,应力环境,湿度对岩石破裂特征。发现高温诱导萌发和扩张中的微裂缝岩石和岩石的强度减弱(15,16]。当压力环境不同,裂纹萌发或扩张的方向和形式在岩石内部是不同的,所以最终的失效模式也不同17,18]。此外,较高的岩石含水量更容易受到损害(19,20.]。

至于深岩石的本构模型,它包括影响因素的研究,建立模型,方程推导等等。因为岩石地质过程的产物,其特点影响力学性能是不连续的,各向异性不均匀等。例如,冲击载荷下岩石强度远远大于静态压力下(21- - - - - -23),高围压下岩石脆性和韧性变化(24- - - - - -27]。因此,它可以看到有很多复杂的因素影响岩石本构模型,和大量的研究已经由学者。考虑温度的交互作用,残余强度和力学条件下,形变场耦合损伤模型(28,29日)和热损伤模型(30.,31日)建立,提供了理论参考深部岩体的开挖和钻井工程。由于含水量的影响和水的pH值在岩石力学性能,发现化学水造成的损害的程度在一定程度上反映了岩石内部损伤,所以损伤本构模型建立了裂隙岩体在水岩化学环境下(32,33]。学者们还讨论了高应力下岩石的本构模型和动态干扰影响,如非线性损伤高应力软岩的蠕变本构模型,建立了非线性蠕变破坏特征(34,35]。与高应力岩石从脆性过渡到韧性的特点,并建立了高应力下的损伤本构模型(36]。考虑温度和动态耦合的双重作用,岩石力学行为分析研究岩石本构模型在这种条件下(37,38]。

总之,大量的研究已经进行了岩石损伤特性和本构模型在不同的力学环境,和获得的结果用于指导相应的工程实践,例如,刘和戴39)提出了一种损伤本构模型描述裂隙岩体的变形和强度特征下循环单轴压缩。刘等人。40)建立损伤本构模型描述循环荷载下岩石力学行为,基于能量耗散的法则。深的损伤特点及本构模型研究的作用下岩石频繁冲击负荷不足,特别是研究深岩石的损伤特点和本构模型下频繁影响干扰在卸货的过程中静态压力高。很深的岩石工程建设期间,矿体和围岩条件下的高地应力,尤其是采矿工程。深岩石的力学性能变化的影响下频繁扰动引起的爆破开挖的影响。同时,原岩应力的平衡状态是破碎爆破开挖过程中操作。因此,在新的应力平衡状态的形成,矿石和围岩在卸货的过程中。基于上述分析,环境的工程岩体可以概括如下:深层岩石遭受频繁的冲击干扰的过程中高压卸载。因此,试验研究深岩石的损伤特点和本构模型的基础上,进行了实际工程环境可以为岩石破坏提供理论参考和支持在深部岩体工程建设。

要解决这些问题,试验研究是进行一些新的想法。如高的轴向静载荷应用于岩石样本用于模拟的高地应力深岩,岩体工程的开挖卸载过程是由卸载模拟高静态负载在不同的利率,和负载的影响经常应用的岩石样本轴是用来模拟多个爆破造成的干扰影响。同时,生物人口增长模式的介绍,分析岩石的显微裂纹传播是第一次。通过这种方式,可以定量分析岩石的损伤特点,和深岩石的动态本构关系可以建立在相应的条件下。最后,指导深岩石工程建设的目的是实现。

2。高的静载荷卸载频繁冲击扰动试验

2.1。试样和设备

2.1.1。试样

测试的核心来自采矿巷道附近的围岩在冬瓜山铜矿的地下900米的深度,这是夕卡岩致密结构和良好的均匀的分析。确保non-parallelism non-perpendicularity标本小于0.02毫米,都精心打磨的两端。标本加工成两种尺寸(50毫米×100毫米,50毫米×50毫米),高径比2:1,它是用来测量单轴抗压强度。此外,高径比的标本1:1被用来研究高的频繁干扰测试静态应力卸载。

2.1.2。测试设备

单轴抗压试验和高静态应力卸载测试是在中南大学完成,和前研究了Instron1346型电液伺服试验机,而后者依靠改进的SHPB试验系统(结构图如图1(41为研究])。如图1改进的SHPB试验系统轴向加载和卸载的能力。手动液压泵用于加载,加载时间可以用秒表记录控制加载速率。液压阀需要打开缓慢卸载压力时,此外,卸载值和时间记录控制卸载速度。

2.2。测试计划

模拟高静态应力状态,基本原则是公元前由轴向压力设置尽可能接近单轴抗压强度,以不同的速率和轴向压力卸载模拟岩石开挖的过程。为了确保标本可以承受多重循环的影响,当轴向压力降低到50%公元前由轴向压力,高负荷的影响为0.5 MPa应用于标本模拟小扰动。在冲击荷载之前,岩石样品首先受到轴向静载荷。首先加载速率为0.5 MPa / s,然后更改为0.1 MPa / s。为了防止岩石样品损坏,因为加载速率过快,加载速率调整到0.1 MPa / s时,后来轴5 MPa的压力。同时,为了确保相同的冲击负载率测试,异型影响锤被放置在相同的位置在发射前腔的影响。当冲击压力是固定的,冲击载荷可以保持不变,这是应用于酒吧结束事件的影响。试验方案如表所示1和2,平均单轴压应力的矽卡岩是126.63 MPa的数据表1。

2.3。测试结果

据帖子:轴向压力和卸荷速率的差异,分为16组试验。每个标本受到多种干扰影响,和相应的动态应力-应变曲线可以得到扰动后的影响。研究样本的总体变形特性,动态应力-应变曲线的包络线多个扰动影响下的每个标本被选中进行分析。在测试中,相应的动态应力-应变曲线可以得出基于从每个获得的测试数据的影响。可以选择一些特性数据,形成一组新的数据,如峰值前的峰值数据,所有数据在第一个获得的应力-应变曲线的影响,相应的数据后的残余强度阶段的峰值在最后的影响,和峰值相对应的动态应力-应变曲线中间数据的影响。应力-应变曲线的新数据组合是动态应力-应变曲线的包络曲线。图2显示了一些代表性的动态应力-应变曲线,代表的数字干扰。图3列出了信封的动态应力-应变曲线的卸货率0.5 MPa /年代和85 MPa的公元前由轴向压力,分别。在图3(一个),数字代表公元前由轴向压力值,数字图3 (b)显示卸货率的轴向压力。

从图可以看出2,动态应力-应变曲线的初始阶段是近似线性,直线段与日益影响干扰时间逐渐缩短,和速度进入非线性阶段变得更快。似乎表明,试样弹性变形首先然后塑性变形在高静态应力卸载和频繁的干扰,并通过频繁的标本的弹性减弱干扰。因为样品的微裂缝关闭几乎在公元前由高轴向压力下,没有压实阶段,直接和标本进入弹性阶段。此外,走到单轴抗压强度极其公元前由轴向压力,导致损害标本,与此同时,损伤逐渐加重加载、卸载和频繁的干扰。因此,弹性变形阶段成为缩短和塑性变形阶段动态应力-应变曲线上逐步扩大。图2还表明,包络的动态应力-应变曲线的变化趋势是一致的与动态应力-应变曲线在每个影响,这表明整个过程趋势的标本在同一轴向压力下,同样的卸货率,可以反映在相同的冲击强度包络在某些情况下的变化特征。

图3(一个)显示相对应的峰值应力降低的信封公元前由轴向压力的增加,当卸货速率是恒定的。例如,当加载轴向压力65 MPa, 75 MPa, 85 MPa和95 MPa,相应的压力峰值应力的动态应力-应变曲线的包络线115.08 MPa, 110.58 MPa,分别为104.25 MPa和90.38 MPa。进一步分析后,相应的包络曲线的峰值应力降低比率是3.91%,5.50%和12.05%,分别时加载轴向压力从65 MPa提高到75 MPa,从75 MPa - 85 MPa,从85 MPa 95 MPa。因此,内部损伤加重公元前由高轴向压力,即轴向压力越高,较弱的岩石抵抗外部干扰。一句话,影响标本的干扰可以承受的数量减少。

图3 (b)显示信封的变化趋势基本保持不变,当轴向压力是一样的,它穿过一条直线段,然后进入非线性发展阶段,表明岩石的动态变化趋势不受卸荷速率的影响。卸货速率为0.5 MPa / s时,1.0 MPa /秒,1.5 MPa / s和2.0 MPa / s,相应的动态应力峰值为104.25 MPa, 103.85 MPa,分别为103.38 MPa和103.15 MPa。动态应力峰值之间的范围从0.2%变化到0.5%,显示一个小递减趋势,可以得出的结论是,允许动态应力随卸率上升而减小。当轴向压力是肯定的,卸货速度越大,所需的时间越短卸相同的轴向压力。标本的时候受到的卸载过程高轴压短之前每个影响。同时,微裂缝的时间在标本发芽和扩大将短,导致一个更小的内部损伤积累。此外,当试样轴向压力和卸货的过程中,它有延迟的影响力量的外部影响。当卸货率较高,延迟的影响力量更加明显,导致有效的冲击应力的下降和内部疲劳损伤标本。卸货率越高,越有利于稳定的岩石。

信封的一般特征的动态应力-应变曲线可以分为四个阶段,如稳定微裂缝的发展,微裂缝的不稳定发展,疲劳损伤,疲劳失效,如图4。

在微裂隙的稳定发展阶段(OA部分),一条直线的曲线发展和相应的变形模量是最大的,表明样品在弹性变形阶段的开始。在这个阶段,试样的微裂隙或稳定不变,这反映了标本阻力影响最大,这是更加难以产生大的变形。

在不稳定传播阶段的微裂隙(AB),曲线非线性的方式发展和减缓;与此同时,相应的变形模量逐渐减少,表明试样在塑性变形阶段。标本显示瞬时传播的内部微裂缝和贯穿在频繁的干扰,导致宏观失败。然而,每个动态扰动很小,所以一个影响未能使微裂纹在试样立即通过,但使它在一个不稳定的发展。

在疲劳损伤阶段(BC段),这部分的曲线显示了一个下降的趋势,下降趋势是相对较慢。在这个阶段,有大量的岩石压缩变形,但减少动态应力相对较小,显示了一定的延性。因为弹性能量存储在标本是相对较大的,它能够抵消干扰频繁的一部分。然而,试样的损伤程度与增加影响数量仍在加剧,以及弹性能量存储在标本逐渐减少,这显示了一个缓慢下降的趋势包络曲线。

在疲劳失效阶段(CD段),试样的脆性增强。一般来说,没有宏观冲击应力下的标本的失败,导致宏观失败,主要因素是公元前由高轴向压力。

3所示。损伤特征的分析

3.1。损伤变量

在这个测试中,样品内部的损伤加剧相互影响,因此,合理的定义损伤变量有助于分析和反映损伤特征在整个测试过程。由于复杂的内部结构的岩石,岩石微量元素被认为是连续和随机,和定义的损伤变量是连续的因素,应变等效原理,或者统计损伤理论。与此同时,他们也使用加权平均进行分析。

3.1.1。损伤变量D₁基于连续系数和应变等效原理

有结构紧凑和试样的均匀性好,而且它假定isotropous在测试。基于应变等效原理,认为名义应力造成的变形作用于材料等于造成的损害有效应力作用于虚拟无损材料。应变等效原理的示意图岩石微量元素如图5。

总之,损害体积总量的比率的岩石微量元素定义损伤变量D₁,公式如下:

结合连续因素,应变等效原理和胡克定律,应力和应变之间的关系可以从图中获得5:

公式(3从公式计算)(1)和(2):

3.1.2。损伤变量D₂基于统计损伤理论

假设的缺陷岩石微量元素是独立的,随机的,他们符合威布尔分布的分布。基于统计损伤理论,唐42]。计算岩石的损伤变量,公式如下:

在公式(4),ε,α,米质量代表了岩石损伤的应变,岩石完整性和岩石性质和形状的有关参数,分别。

3.1.3。损伤变量D在高静态应力卸载和频繁的干扰

根据测试结果,损伤变量D是理性的比例D₁和D₂是50%,所以呢D被定义为它们之间的加权平均:

3.2。损伤演化方程

3.2.1之上。方程分析的损伤变量D₁

随着连续应用因子和等效应变损伤变量的定义D₁,必须满足以下假设。首先,岩石材料损伤和无损的微量元素组成。其次,它们的体积等于,无损的微量元素能够不可逆转地微量元素瞬间转变成伤害。最后,破坏只发生而不是横向沿轴向方向,和无损的微量元素服从胡克定律。

结合方程(1)和(3),损伤变量的方程可以表示为:

在公式(6),N受损的微量元素的总数,米是无损的数量的总和受损微量元素和微量元素,也就是说,在样品微量元素的总数,然后呢年代₀是单个元素的体积。

假设生物种群的生长过程是用来模拟岩石的损伤演化过程,种群的生存环境被认为是摇滚外部负载。此外,在种群增长模型对应于岩石的应变在外部负载,以及种群的环境容量对应于岩石微量元素的总数,所以损坏的微量元素的数量的增长速度可以表示如下:

在公式(7),γ和ε自然增长率和有关的岩石,分别。

然后,公式(7)是解决分离变量的微分方程,表达式(8)得到:

在公式(8),N₀微量元素是初始数量的岩石损伤。

微分公式(9)的损伤变量D₁推导出公式(6)和公式(7):

代入公式(8)到公式(7)和公式(10)的损伤变量是通过分离变量的方法解决:

在公式(10),β代表岩石材料的初始损伤程度。

3.2.2。方程分析的损伤变量D₂

根据统计损伤理论,岩石中微量元素的分布缺陷是独立的,随机的,它满足泊松分布。因此,缺陷发生的概率可以表示通过泊松法律长度的区间内l和概率函数的表达公式所示(11)如下:

在公式(11),λ微量元素的数学期望是缺陷单位长度,k微量元素缺陷的数量,P(k / l)的概率函数k缺陷出现在区间的长度l。

胞体缺陷的概率假设Δ的长度l是P₁(Δl元素的概率),没有身体缺陷的长度l是P(l)。公式(12)和(13)可以推断如下:

公式(14)可以从公式推导(12)和(13):

当l= 0,P(l)= 1,Δ的价值l趋向于零,所以双方的极限公式(14)可以得到:

因此,概率函数ϕ(l)的缺陷不少于一个微量元素区间的长度l可以推导出:

的概率密度函数ϕ(l微量元素可以从公式推导)(16):

假设破坏样品中微量元素失去承载力和岩石应变是无限的受损时,损伤变量的表达D₂表示如下:

虽然考虑到线的缺陷,被认为是平面和身体,完整性 (43]。因此,公式(18)可以写成公式(19)。

在公式(19),ε是岩石损伤的应变,然后呢米表示参数相关的材料和形状的岩石。

3.2.3。损伤变量的定义D

基于上述方程分析,损伤变量D岩石在高静态应力卸载和频繁的干扰可以被定义为公式(20.):

3.2.4。确定损伤演化方程的参数

如果损伤变量D的参数进行分析和计算,β,r,米和α首先必须确定。确定的值β和r的方程D₁需要分析的参数米和α由方程的分析吗D₂。

(1)确定参数β和r。首先,损伤变量的值D₁对应于每个应变的包络计算公式(3),然后E(非破坏性材料的弹性模量)和(受损材料的弹性模量)公式(3由图)计算6。

公式(10)是推导,公式(21)要求:

计算Y值对应于每个应变的动态应力-应变信封,然后分析拟合线性公式(Y- - - - - -ε线性公式)。最后,通过拟合线性公式(21)与物流模型,和价值观β和r能够被确定。

(2)确定参数m和α。统计损伤理论认为α(岩石完整性)的函数ε(42),而α成反比ε在高静态应力卸载和频繁的干扰如下:

假设方程ε/C= 1 /α₁持有,α₁是一个参数与岩石性质和形状,并代入公式(22),这是发现的值α和α₁是相等的。因此,公式(19)可以改写公式(23)如下:

据推测受损的微量元素失去承载力和non-damaged微量元素符合胡克定律,因此,岩石应力、应变之间的关系在高静态应力卸载和频繁的干扰所示公式(24)如下:

代入公式(23)到公式(24)和公式(25)给出如下:

此外,如果 和 是建立、公式(25)可以转化为无量纲的形式,如公式(26):

根据公式(26),岩石的动态应力-应变曲线理论不同米值画在图7。

通过分析曲线在图的相似性7和测量动态应力-应变曲线的包络线的价值米可以被估计。后的值米确定的最大价值通过公式(26),参数α计算公式(27),由唐(推导出42]。

在公式(27),P峰值应力的动态应力-应变曲线的包络线。

3.3。损伤演化规律

为了验证损伤变量的定义D在公式(5)的值β,r,米和α代入这个公式,所以相应的动态损伤变量D通过结合相应的应变计算动态应力-应变曲线的包络线。通过比较样本的损伤程度和分析动态variable-strain理论曲线的特点,得出这样的结论:定义的损伤变量是合理的。图8列出了两种典型破坏variable-strain曲线的理论关系,和图9显示相应的损伤状态两组岩石在冲击过程中。

从图可以得出结论8那(1)动态应变的值是0时,损伤变量的值D大于0,所以定义损伤反映初始损伤程度的岩石在高静态压力。(2)存在四个阶段安装损伤variable-strain曲线,适度增长,快速增加,慢慢增加,趋于稳定。整个曲线呈现“s”,损伤变量的值D是在0和1之间。它可以有效地对应于四个发展阶段的岩石在测试,稳定发展的微裂缝,迅速传播的微裂缝、疲劳损伤和疲劳失效。(3)当卸货速率是恒定的,轴向压力越大,损伤变量的值越快D趋向于1,反映pre-high轴向压力加速了岩石破坏的过程和失败。(4)当预加载轴向压力是恒定的,卸货率越小,损伤变量越快D往往是1,这表明高卸率有利于改善岩石承受频繁的干扰的能力。

如图9(一个),当卸载速率和影响时间维持不变,公元前由轴向压力越大,岩石损伤越严重。当公元前由轴向压力和影响时间保持不变,卸货率越小的轴向压力的影响过程中,岩石损伤越严重,如图9 (b)。上述两种现象表明,帖子:高轴向压力削弱了岩石抵抗外部冲击载荷的能力,和高卸率提高岩石承受频繁干扰的能力,证明定义损伤变量的合理性。

4所示。本构模型

4.1。基本假定

基于分析结果的信封的岩石的动态应力-应变曲线在该测试中,在冲击过程中损伤演化规律相结合建立本构模型在高静态应力卸载和频繁的干扰。然而,本构模型的建立需要满足某些假设,如下:(1)本构关系不受惯性效应的影响在恒定速度训练(44]。(2)因为摇滚元素的特征是弹粘性和统计损伤,它的目的是作为一个麦克斯韦体(由弹性元件和粘性元素)在与伤害身体D_一个1首先,然后串联伤害身体D_一个2。岩石的力学模型单元组合如图10。(3)根据应力状态,本构关系σ和ε表示如下(45]: 在公式(28),σ和ε分别是伤害身体的应力和应变。(4)由于无损特性,粘性元素的本构关系表示如下(46]: 在公式(29日),σ₂和ε₂分别是粘性的应力应变分量,η粘度系数,t是相对应的时间压力。(5)岩石的应力-应变关系元素伤害符合线性微分方程之前,这大约是考虑应变叠加的原则仍然有效(47]。(6)尽管粘弹性本构方程和应变等效的原则,破坏了岩体的影响,在高静态应力卸载和频繁的干扰,本构关系可以预测48]。

4.2。建立本构模型

岩石力学模型的元素,应力和应变之间的关系的粘弹性的身体,伤害身体如下:

在公式(30.),σ和ε分别是应力、应变的组合模型,σ_一个1和ε_一个1的应力和应变是伤害身体D_一个1分别σ_一个2和ε_一个2的应力和应变是伤害身体D_一个2分别σ₁和ε₁应力和应变的弹性组件,分别σ₂和ε₂分别是粘性的应力应变分量。

胡克身体的本构方程,粘性的身体和受损的身体被替换成公式(30.),所以力学模型的本构方程推导出岩石组合:

在公式(31日),E₁,E_一个1和E_一个2是弹性元件的弹性模量,伤害身体D_一个1和伤害身体D_一个2分别。

的弹性模量E损害之前应该被有效弹性模量E(1−D)由于应变等价原理49),但不考虑初始损伤特点首先公式(更好的解决方案的31日),即弹性模量E_一个1和E_一个2采用替换E_一个1(1−D),E_一个2(1−D在公式()31日),分别。因此,获得组合模型的本构方程:

因为样品受到高静压,如果t= 0,初始条件ε(0)=ε₀和σ(0)=F建立了。因此,公式(33通过拉普拉斯变换得到:

在公式(33),t₀静态压力的加载时间,什么时候t₀= 0,ε(t₀= 0)= 0σ(t₀= 0)= 0是正确的。

如果ε(t+t₀)=ε₀+ε_r(t₀)=ε₀+ct,在那里c是恒定应变率不变,公式(33)能够转化为公式(34): 地点:

在公式(34),ε_r(t)下的应变扰动静应力之间的相互作用和影响,ε₀静态应力产生的压力吗F。

由于应变等价原理(43),E_一个1和E_一个2在公式(34)所取代E_一个1(1−D),E_一个2(1−D),本构方程计算如下: 地点:

4.3。测试结果的验证

计算岩石的本构方程在高静态应力卸载和频繁的干扰,的值E₁,E_一个1,E_一个2,米,α,η,β,r需要由分析实测数据和计算进行审判。本构方程的压力ε_r(t),静态加载时间的测量值t₀和恒应变速率c测试数据,在哪里ε_r(t)是对应的应变动态应力-应变曲线的包络线,和t₀之前被公元前由静态负载的平均时间多重影响。

根据测试数据和岩石的本构方程,得到以下结果:的价值E₁类似于变形模量下的应力-应变曲线的初始阶段首先影响在实验过程中,前者可以取代后者。的价值E_一个1能够表达的动态变形模量E_d,和E_d定义为割线模量的加权平均,II型割线模量和变形模量加载部分的信封,用于反映了在加载阶段的岩石压缩变形特征。此外,有一个比例关系E_一个2和E_d,这是h=E_一个2/E_d,在那里h是动态扩展因数。在测试,冲击载荷的作用时间短,岩石的动态和静态相结合合力增加迅速,和相应的应变降低或保持不变,表达了一种弹性现象的动态应力-应变曲线,因此,计算瞬时动态变形模量突然变化。因此,比率h(h≥1)的瞬态动态变形模量E_一个2和动态变形模量E_d突变后被定义为动态膨胀系数和的值h可以通过测量数据计算。的四个参数β,r,米和α相关参数的损伤演化方程,他粘滞系数吗η根据第四个基本假设,推导出和它的值范围是500∼1000 GPa·s。

通过分析测试数据,两组数据的动态应力-应变曲线是典型的信封选择试验计算,如表所示3。

参数表3被替换成岩石本构(36),以及相应的理论动态应力-应变曲线拟合和比较与实验信封进行分析,如图11和12。

如数据所示11和12,当轴向卸载或公元前由轴向压缩率保持不变,有一个很好的一致性理论动态应力-应变曲线和实验动态应力-应变包络曲线。因此,本构方程准确预测岩石的动态应力和应变之间的关系在整个生产过程中在高静态应力卸载和频繁的干扰,并间接反映了岩石的动态变形特性。此外,产量和最大应力的岩石本构方程能够有效预测,以及岩石变形对应的屈服应力,这些灾害预防提供理论依据的深层岩石开挖工程。

5。结论

深部岩体在高静态应力下降负载的机械环境和频繁的在开挖扰动,影响和损伤特点及本构模型研究的很深的岩石进行,主要结论如下:(1)信封建立了动态应力-应变曲线可以反映岩石的整体变化趋势下频繁扰动在卸货的过程中静态应力高,以及稳定发展阶段,无机窝扩张,岩石的疲劳损伤和疲劳失败。(2)基于连续因素,应变等效原理和统计损伤理论,频繁的干扰下的岩石损伤变量在卸货的过程中定义静态应力高,和损伤变量的方法来确定参数推导出。与此同时,损伤变量定义是由实验数据证明是合理的和失败的历史岩石。(3)根据信封的动态应力-应变曲线的变化特征,岩石本构模型下的频繁干扰在卸货的过程中建立高静态应力与某些假设,推导出了相应的本构方程。最后,实验曲线和理论曲线的包络线进行比较,并发现他们有良好的一致性。

5.1。不足和建议

的过程中研究深岩石的损伤特点和本构模型下的频繁影响干扰在卸货的过程中静态应力高,发现有一些缺点,如卸货率控制是困难的,岩性很简单,本构方程涉及到很多参数,研究结果并没有被深岩石工程验证。因此,以下几方面需要进一步改进或在未来深化。(1)提高卸货率控制设备和减少卸货率控制困难。同时,深岩石的损伤特点和本构模型需要进一步讨论通过扩大岩石类型和增加高温等因素的影响。(2)为了提高本构方程的应用,有必要进行进一步的研究,优化各种参数之间的关系,并简化本构方程的表达式。(3)基于特定的力学特性的矿体和围岩深部岩体工程、破坏特征和本构模型之间的定量关系深,深的岩石应进一步探讨。

数据可用性

文章中的所有相关数据和支持文件的信息。感兴趣的研究人员可以通过电子邮件来联系wczy115728@163.com。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这部分工作是支持广西重点实验室系统工程的防灾工程安全拨款2019 zdk052, 672707年格兰特博士基金会下的河南理工大学,河南理工大学重点实验室开放基金资助下SJF201802,国家自然科学基金资助下的中国51904093,主要研发和推广的特殊(科技)项目下的河南省拨款192102310247,和青春的探索创新的基础在格兰特NSFRF180321河南理工大学。论文的作者是非常感谢上面的支持。

引用

1. y徐、f·戴和h·杜”实验和数值研究脆性岩石的震支座行为受到动荷载相结合,“国际机械科学杂志》上文章ID 105520卷,175年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 美国Mobayen和f . Tchier”,一种新颖的鲁棒自适应二阶滑模跟踪控制技术不确定的动力系统匹配和无与伦比的干扰,”国际期刊的控制、自动化和系统,15卷,不。3、1097 - 1106年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. o . Mofid、美国Mobayen和m . h . Khooban”基于自适应滑模控制扰动观测器在一类分数阶混沌系统同步,”国际期刊的自适应控制和信号处理33卷,第474 - 462页,2018年。视图:谷歌学术搜索
4. 美国Mobayen和f . Tchier非奇异的快速终端滑模稳定器对一类不确定非线性系统基于扰动观测器,”Scientia Iranica,24卷,不。3、1410 - 1418年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. t·李x裴,d . Wang r·黄和h .唐“非线性行为和循环荷载下岩石损伤断裂模型基于能量耗散原理,“工程断裂力学卷,206年,第341 - 330页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 问:h . y . l . Tan顾,j·g .宁x s . Liu z . c .贾黄和d . m .“水泥砂浆的单轴压缩行为及其损伤本构模型基于能量理论,“材料》12卷,页1 - 14,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. f .龚j .严、李x和罗,”一个峰值应力应变能存储索引岩爆倾向的岩石材料,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,117年,第89 - 76页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 周t . b . y . p .秦问:f . Ma和j·刘,“岩石的本构模型基于能量耗散和转换原则,“阿拉伯地球科学杂志》》12卷,页1 - 14,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 马萨诸塞州理工学院,h·唐、j . Ma和y . Liu”变形和破坏过程的能量分析砂岩和损伤本构模型,”KSCE土木工程杂志》上,23卷,不。2、513 - 524年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. m . y Lai廖,k .胡“冷冻盐水砂土的本构模型基于能量耗散理论,“国际期刊的可塑性卷,78年,第113 - 84页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. y高和X.-T。风”,研究损伤演化的完整和有节的大理石受到循环真三轴加载,”工程断裂力学卷,215年,第234 - 224页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. k .赵、黄z和b . Yu”破坏特征的红色砂岩单轴压缩实验中,使用“RSC的进步,8卷,不。70年,第40278 - 40267页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. h .赵c·j·施m·g·赵和x b·李,“岩石统计损伤本构模型考虑残余强度,”国际地质力学杂志,17卷,1 - 9,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. h . h . Li辽、g .熊b·汉和g .赵”geomaterials三维统计损伤本构模型,”机械科学与技术杂志》上卷,29号1,第77 - 71页,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m·f·艾哈迈德·瓦,m . Arshad)和j·d·罗杰斯“热处理效果的动态属性选择岩石类型从盐范围在巴基斯坦,“阿拉伯地球科学杂志》卷。11日,1-13,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. g . y . Tang徐,j .连h·苏和c .曲”效应的温度和湿度的粘附强度和破坏机理shotcrete-surrounded岩石,“建筑和建筑材料卷,124年,第1119 - 1109页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. m . m . x r . Liu口,y . m . Lu和y .问:刘,”一个实验调查在岩石节理剪切疲劳损伤机制基本保持在商业周期见顶前循环加载条件下,“国际期刊的疲劳卷,106年,第184 - 175页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 问:b . l . x谢w . b . Lu,问:h .江g . h . Wang和j .赵”的岩石损伤演化机制深隧道爆破引起的,”隧道与地下空间技术58卷,第270 - 257页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. x阳光、徐h . l .郑m .他和w·龚”对声发射试验研究砂岩岩爆的特点与不同的水分含量,”中国科学技术科学卷,59号10日,1549 - 1558年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. x x陈、p .他和z秦,“破坏的微观结构和力量改变地下花岗岩wet-dry周期,”Symmetry-Basel,10卷,1-13,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. L.-p。程,c . Wang L.-z。唐et al .,“动态特性研究的深粉砂岩在高静态压力和动态扰动频繁,“土木工程的发展卷,2019年,页1 - 12,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. y徐和f·戴”,动态响应和脆性岩石震支座组合载荷作用下的破坏机理实验,”岩石力学和岩石工程,51卷,不。3、747 - 764年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. k·刘,张问:b, g . Wu j·c·李和j .赵”动态力学和断裂行为的砂岩多轴载荷下使用三轴霍普金森酒吧,”岩石力学和岩石工程,52卷,不。7,2175 - 2195年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. H.-b。杜,f·戴,y, y . Liu, H.-n。徐,”数值调查水压下的岩石动态强度和失效行为监禁在SHPB测试中,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷。108年,43-57,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. h·b·杜·戴,y,“机械响应和失效机理的静水力加压下岩石震支座影响相结合,“国际机械科学杂志》上卷,165年,第219 - 105页,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. S.-Q。杨,y榉、f·高和杨绍明。关铭Gui,”力量,可变形性和x射线ct机对深埋地下的大理石的观察在不同围压下,“岩石力学和岩石工程卷,49号11日,第4244 - 4227页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. t·孟d, y, x王健林,艘s Sufang和l .小明“变形特性的研究和混合模式断裂韧性断裂准则Yunying盐石膏夹层的洞穴在围压下,“天然气的科学与工程》杂志上卷,58页1 - 14,2018。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. 许x l和m . Karakus,“花岗岩的热力耦合损伤模型,国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,103年,第204 - 195页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. 张x徐、f·高和z,“形变场耦合损伤本构模型基于Hoek-Brown岩石强度准则,”损伤力学的国际期刊,27卷,不。8,1213 - 1230年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. X.-l。徐,m . Karakus f·高和Z.-z。张“岩石热损伤本构模型考虑损伤阈值和残余强度,”中南大学学报,25卷,不。10日,2523 - 2536年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. 曹l .朱x, x,陈,“热损伤统计本构模型深岩考虑初始压实阶段和残余强度,”数学问题在工程卷,2019篇文章ID 9035396, 10页,2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. m·f·s . j .苗族h . Wang Cai, y . f .歌曲,和j·t·马”破碎岩石的损伤本构模型和变量在水化学环境中,“阿拉伯地球科学杂志》卷。11日,1 - 14,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. f . Deleruyelle Bui, t . a . h . Wong和a .周”时间行为的本构模型部分饱和岩石,“电脑和土工技术卷,78年,第133 - 123页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. 温·曹y . d . y . x,王,惠普元,和b . x元,”研究为高压软岩非线性损伤蠕变本构模型,”环境地球科学卷,75年,页1 - 8,2016。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. f·吴、陈和邹,“盐岩石非线性蠕变损伤模型,”损伤力学的国际期刊,28卷,不。5,758 - 771年,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. 杨绍明。关铭李和Z.-Y。马,”下岩石动态损伤本构模型和高应力状态,”冲击和振动卷,2017篇文章ID 8329545, 6页,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. z l . Wang h·史和j·g . Wang”下的花岗岩力学行为和损伤本构模型耦合的温度和动态加载,”岩石力学和岩石工程,51卷,不。10日,3045 - 3059年,2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
38. t, p . Wang, j·杨和李x”的力学行为和损伤本构模型热治疗砂岩在冲击荷载下,“IEEE访问》第六卷,第72062 - 72047页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
39. y刘和f·戴”,损伤本构模型为间歇性连接循环单轴压缩下岩石,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,103年,第301 - 289页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
40. x s . Liu j·g .宁和顾问:h . y . l . Tan“损伤本构模型基于能量耗散的完整岩石循环荷载作用下,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上卷,85新,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
41. f .问:锣、x b·李和x l .刘”特征的初步实验研究岩石受到三维耦合的静态和动态加载,”中国岩石力学与工程学报,30卷,第1190 - 1178页,2011年。视图:谷歌学术搜索
42. c·a·唐一场灾难的过程中岩石断裂,中国煤炭工业出版社,北京,1993。
43. y朱,矿物岩石的损伤理论淤泥东北理工学院,Jorhat,印度,1989。
44. 李x b和d s顾岩石冲击动力学技术,中南大学出版社,长沙,中国,1994。
45. y l .郑、周c和s . y .夏”讨论粘弹性连续损伤本构模型的岩石和土壤,“Hehai大学学报25卷,第116 - 114页,1997年。视图:谷歌学术搜索
46. g .问:周和x m .刘Viscoelascity理论中国科学技术大学出版社,合肥,中国,1996。
47. 佐藤木下光男,k、m . Kawakita“岩石脉冲载荷作用下的力学行为,”北海道大学工学院的公告,8卷,51 - 62,1977页。视图:谷歌学术搜索
48. j .杨问:k金,f·l·黄岩石爆破理论模型和数值模拟,科学出版社,北京,1999。
49. j•勒梅特,j . l . Chaboche固体材料的力学英国剑桥,剑桥大学出版社,1990年。

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