类岩石材料蠕变本构试验的研究及基于flac3d实现

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1、分类号：TD315密级：公开UDC：单位代码：10424学位论文类岩石材料蠕变本构试验研究及基于FLAC3D实现陈云娟申请学位级别：硕士学位专业名称：固体力学指导教师姓名：谭云亮职称：教授山东科技大学二零一零年五月国家973项目“煤炭深部开采中的动力灾害机理与防治基础研究”（2010CB226805）山东省自然科学基金重点项目“深部采动巷道围岩破裂区力学功能及其梯度特征与防灾机理”（Z2008F01）长江学者和创新团队发展计划山东科技大学矿山灾害预防控制教育部重点实验室开放基金山东省“泰山学者”建设工程

2、专项经费联合资助论文题目：类岩石材料蠕变本构试验研究及基于FLAC3D实现作者姓名：陈云娟入学时间：2007年9月专业名称：固体力学研究方向：计算固体力学指导教师：谭云亮职称：教授赵同彬讲师论文提交日期：2010年6月论文答辩日期：2010年6月授予学位日期：STUDYONSIMILARROCKMATERIALS’CREEPCONSTITUTIVETESTANDREALIZATIONBYFLAC3DAdissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementso

3、fthedegreeofMASTEROFENGINEERINGfromShandongUniversityofScienceandTechnologybyChenYunjuanSupervisor:ProfessorTanYunliangCollegeofNaturalResourcesandEnvironmentalEngineeringJune2010声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术

4、机关作鉴定。硕士生签名：日期：AFFIRMATIONIdeclarethatthisdissertation,submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge.Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualif

5、icationatanyotheracademicinstitute.Signature:Date:山东科技大学硕士学位论文摘要摘要岩体工程的变形破坏往往要经历一个持续的发展过程，研究岩体的蠕变特性对围岩稳定性控制具有重要意义。由于自然状态下的岩体均一性较差且取样困难，而采用类岩石材料代替原岩试件进行室内实验研究是比较合理的解决途径。本文采用理论分析、相似模拟试验、蠕变试验和数值模拟相结合的综合研究方法，对类岩石材料的蠕变本构进行了研究。以山东新汶矿区-1100m水平粉砂岩为试件原型，相似比尺为20:1

6、。通过颗粒压缩量分析，研制相似模拟模具。选择合适的类岩石材料，进行大量反复的配比试验，确定最佳配比并配制标准试件。对试件进行单轴抗压强度测试，进而确定蠕变试验的初级荷载。分析表明：五组试件中，当松香酒精溶液摩尔浓度为30%时，类岩石试件的强度最大，平均极限荷载为5.20KN，平均单轴抗压强度为2.65MPa。本文将蠕变试验的初级荷载定为极限荷载的21%，即1.07KN。使用RLJW-2000流变试验机对类岩石试件进行恒温恒湿条件下的室内长时蠕变试验。试验结果表明：施加荷载越大，类岩石试件的蠕变变形越明显

7、，试件的平均破坏应力阀值为瞬时强度的92%；荷载低于破坏应力阀值时，试件蠕变曲线只出现初期蠕变和稳态蠕变两个阶段，荷载超过破坏应力阀值时，试件加速破坏阶段较为明显，具有完整的蠕变三阶段。根据蠕变曲线，自定义非线性CYJ模型，该模型在一定条件下可以蜕变为线性Burgers模型。分析FLAC3D二次开发的基本原理、步骤及关键技术。将CYJ模型本构方程由一维推导至三维差分形式，并嵌套到FLAC3D中，完成软件的二次开发。应用CYJ模型对类岩石试件的蠕变性进行FLAC3D数值模拟，结果表明：数值模拟与试验结果大

8、致吻合，CYJ模型能够较好的描述岩体的蠕变三阶段。关键词：类岩石材料；蠕变试验；自定义本构；FLAC3D二次开发；数值模拟山东科技大学硕士学位论文摘要ABSTRACTDeformationandfailureofrockprojectsoftengoesthroughacontinuousdevelopmentprocess,studyingonrockcreepcharacteristicsisimportantforsurroundin