浅谈岩石力学参数的时效性及非定常流变本构模型研究

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1、UnsteadyRheologicalConstitutiveModel作者：崔少东导师：刘保国北京交通大学2010年4月JIIItlIUlIIIIlllllIIlY1781795学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位⋯一：私批新躲司嘲签字日期：≯。矽年占月；汨签字日期：力，4年侈月弓力日●北京交通大学201

2、0年4月●致谢本文是在尊敬的导师刘保国教授的精心指导下完成的。从论文的选题、思路的形成直到最后成文，每一个环节都凝聚着导师的心血和智慧。四年来，在导师的教诲和指导下，不但学到了丰富的专业知识，而且导师深厚的学术造诣、严谨求实的治学态度及兢兢业业的工作作风，给了我极大的帮助和影响，这些必将使学生终生受益。攻读博士期间，在学习、工作、生活等各方面都得到了导师无微不至的关怀和帮助，师恩似海，教益深厚，学生将终身铭记。学生忘不了导师教诲的一幕幕，值此论文付梓之际，再次向导师致以最崇高的敬意和由衷的感谢!在岩石的取样过程中得到了宝鸡市秦源煤矿董总的大力支持，在这里衷心感谢他给予的帮助!流变仪器的研制和

3、试验过程中多次请教马世明高工，感谢马工给予的指导!感谢刘开云老师、刘文斌师兄、时洪斌师兄及李少刚、徐冲、张风、李英杰、周烨等在平时的学习和生活上给予的关心和帮助!感谢师弟卢宁宁、陈岩等在试验过程中给予的大力协助!四年来和同学们一起度过了许多美好的时光，建立了深厚的友谊。衷心感谢学苑3号楼17层兄弟们关心和帮助，特别是施烨辉、李少刚、马立峰、黄清飞、蔡国庆、高博、王英杰、高保彬、刘永胜等同学，愿我们的友谊之树常青!感谢对为本文审查、评阅和答辩付出辛勤劳动的专家教授!您们的辛勤劳动为我的博士生涯划上一个圆满的句号!求学的道路是漫长的，对于已过而立之年的我，特别能感受和体会到这里面的艰辛和成功的喜

4、悦，能够顺利完成学业与家人的支持和关心是分不开的，衷心感谢妻子徐晖，四年的博士生活中我们相互鼓励、相互支持共同携手走过了这段人生中艰辛而又难忘的路程，感谢父母及岳父、岳母在生活中的支持、鼓励和关爱!●^●中文摘要摘要：本文在已有研究成果的基础上，研制开发了一套新型的流变仪器，以泥岩为研究对象，对该岩石的瞬时强度特性、单轴和三轴流变特性进行了系统、全面的研究，得到了泥岩的基本力学参数包括弹性模量E、内聚力C、内摩擦角妒随应力和时间的弱化规律，并将其引入Bingham一维流变模型和P．Pcrzyna三维流变模型中，建立了非定常的流变模型，最后成功的在ABAQUS软件中对其实现了二次开发，并通过试

5、验数据验证了模型的正确性。本文完成的主要工作有：1．在分析现行流变仪器的优缺点的基础上，研制开发了一台新型的流变仪器一五联单轴流变仪，该仪器主要用于岩石的流变试验，能同时控制五个不同条件下的流变试验，实现了计算机自动控制、自动采集数据。2．进行了泥岩在0MPa、5MPa、10MPa和15MPa四个围压级别下的瞬时强度试验，得到了泥岩的变形和破坏规律，探讨了由瞬时强度试验确定岩石长期强度的方法。论述了单试件法测岩石力学参数的原理，并对其数据处理方法进行了修正。3．分析了岩石的蠕变损伤阀值，从细观力学和宏观力学两方面解释了岩石的蠕变过程曲线。进行了泥岩八个应力水平的单轴压缩蠕变试验，分析了其蠕变

6、特性，采用单试件法对其蠕变过程中的三个时间点的力学参数进行了测定，得到了该泥岩力学参数随应力和时间的弱化规律。4．进行了5MPa、10MPa和15MPa三个不同围压下的蠕变试验，将单轴条件下泥岩力学的弱化规律扩展到了三轴状态，通过蠕变破坏时的强度进行了验证。5．将泥岩的力学参数弱化规律引入到了Bingham模型中，建立了泥岩的一维非定常流变模型，并通过试验数据验证了模型的合理性。采用Drucker-Prager准则将一维的Bingham模型扩展到T--维的P．Perzyna模型，通过引入非定常的力学参数建立了三维的非定常流变模型。6．在ABAQUS软件中对三维的P．Perzyna模型实现了二

7、次开发，通过试验数据验证了模型的正确性。关键词：力学参数；时效性；非定常；流变模型；流变仪器；泥岩；单试件法；ABAQUS二次开发分类号：北京交通大学博士论文ABSTRACTABSTRACTABSTRACT：Basedontheresearchesachieved，anovelmall-maderheologicalinstrumentswasdevelopedinthisthesis,inwhichmuds