周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究

doi:10.11988/ckyyb.20170333

长江科学院院报 ›› 2018, Vol. 35 ›› Issue (9): 127-132.DOI: 10.11988/ckyyb.20170333

周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究

刘汉卿¹, 浦少云¹, 刘西金², 陈泽南¹, 李勤¹, 郝至诚¹, 李磊¹

1.贵州大学土木工程学院,贵阳 550025;
2.北京交通大学基建与规划处,北京 100044

收稿日期:2017-03-27 出版日期:2018-09-01 发布日期:2018-09-18
通讯作者: 浦少云(1993-),男,贵州威宁人,硕士研究生,从事岩土工程相关方面的研究及工程实践。E-mail:2290605640@qq.com
作者简介:刘汉卿(1992-),男,河南商丘人,硕士研究生,从事岩土工程相关方面的研究。E-mail:1479099677@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51168009)

Fractional-order Visco-elasto-plastic Constitutive Model forRock under Cyclic Loading

LIU Han-qing¹, PU Shao-yun¹, LIU Xi-jin², CHEN Ze-nan¹, LI Qin¹, HAO Zhi-cheng¹, LI Lei¹

1.College of Civil Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025;
2.Department of Infrastructure and Planning, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

Received:2017-03-27 Published:2018-09-01 Online:2018-09-18

摘要/Abstract

摘要： 为研究周期荷载下岩石疲劳变形特性,基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中的一般黏壶,并在西原模型中串联一个黏性元件,分别建立了可描述周期荷载下岩石变形规律的一维和三维分数阶黏弹塑性本构模型。在高动应力状态下,模型为反映岩石减速、等速、加速3个变形阶段变形规律的岩石分数阶黏弹塑性疲劳本构模型;反之,则为反映岩石减速、加速变形规律的Burgers模型。对既有的岩石疲劳试验结果拟合表明:基于分数阶黏弹塑性模型所建立的岩石疲劳本构方程可较好地描述周期荷载下岩石各种变形特征,拟合系数在0.96以上。研究成果可丰富岩石力学理论,为相关研究提供参考。

关键词: 岩石力学, 周期荷载, 分数阶黏壶, Burgers模型, 黏弹塑性, 疲劳变形

Abstract: In order to study the fatigue deformation characteristics of rock under cyclic loading, we established
one-dimensional and three-dimensional Fractional-order Visco-Elasto-Plastic Constitutive Model (FVEPCM) by replacing the common dashpot in viscoplastic body of Nishihara’s model with the fractional-order dashpot and connecting a viscous element in series in Nishihara’s model. Under high dynamic stress, the model is a FVEPCM reflecting the three states of rock fatigue deformation: deceleration stage, constant velocity stage, and acceleration stage; otherwise, it is a Burgers Model which reflects the two states of rock fatigue deformation: deceleration, and constant velocity stage. Fitting of the existing rock fatigue test results shows that the fatigue constitutive equation for rock based on FVEPCM can be used to better describe different deformation characteristics of rock under cyclic loading, and the effect of fitting to various types of deformation curves of rock is good, with the fitted correlation coefficients above 0.96.

Key words: rock mechanics, cyclic loading, fractional-order dashpot, Burgers Model, visco-elasto-plasticity, fatigue deformation

中图分类号:

TU45

刘汉卿, 浦少云, 刘西金, 陈泽南, 李勤, 郝至诚, 李磊. 周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(9): 127-132.

LIU Han-qing, PU Shao-yun, LIU Xi-jin, CHEN Ze-nan, LI Qin, HAO Zhi-cheng, LI Lei. Fractional-order Visco-elasto-plastic Constitutive Model forRock under Cyclic Loading[J]. JOURNAL OF YANGTZE RIVER SCIENTIFIC RESEARCH INSTI, 2018, 35(9): 127-132.

[1]	刘振洋, 王爱文, 刘晓林. 基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(5): 139-148.
[2]	徐国权, 王鑫瑀. 基于MARS的岩石抗拉强度预测模型[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(2): 135-141.
[3]	宋勇军, 陈佳星, 张磊涛, 任建喜, 车永新, 杨慧敏. 干湿循环作用下受荷砂岩损伤劣化特性研究[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(9): 133-140.
[4]	夏海城, 邬爱清, 卢波, 徐栋栋. 非均质性对岩石宏观力学特性的影响机制[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(3): 103-109.
[5]	赵立财. 砂岩分级加卸载蠕变特性试验研究[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(2): 67-72,79.
[6]	邬爱清. 长江科学院水工岩石力学与工程应用研究进展[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(10): 104-111.
[7]	周火明, 张宜虎. 岩体原位试验新技术在水工复杂岩体工程中的应用综述[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(4): 1-6.
[8]	王创业, 常新科, 刘沂琳. 花岗岩破裂全过程声发射时频域信号特征及前兆识别信息[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(3): 82-89.
[9]	何志磊, 朱珍德, 阮怀宁, 代碧波. 水压力作用下岩石统计损伤本构模型研究[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(6): 54-59.
[10]	黄海峰,巨能攀,蓝康文,李萌,孔伟,郭露遥. 岩石统计损伤软化模型及其参数反演[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(6): 102-106.
[11]	浦少云,黄质宏,饶军应,穆锐,郑红超,王田龙,刘小浪,李磊,王义红. 低动应力下岩石分数阶Burgers本构模型[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(2): 109-115.
[12]	邬爱清, 蒋昱州, 石安池, 李林, 王贤彪, 肖国强, 胡伟. 含原生隐性节理工程岩体分级方法[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(12): 74-82.
[13]	何涛, 曹雅娴. 高温后岩石三轴变形及渗透率演化规律[J]. 长江科学院院报, 2018, 35(11): 107-111.
[14]	李建贺, 盛谦, 朱泽奇, 牛利敏, 阮航. 岩石卸荷力学特性及本构模型研究进展[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(7): 87-93.
[15]	秦哲,付厚利,程卫民,于岩斌. 水岩作用下露天坑边坡岩石蠕变试验分析[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(3): 85-89.

周期荷载下岩石分数阶黏弹塑性本构模型研究

Fractional-order Visco-elasto-plastic Constitutive Model forRock under Cyclic Loading

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价