岩石力学与工程学报
巖石力學與工程學報
암석역학여공정학보
CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
2013年
5期
1080
,共1页
岩石力学%花岗岩%高放废物%高温%非线性%时温等效%热损伤%损伤变量
巖石力學%花崗巖%高放廢物%高溫%非線性%時溫等效%熱損傷%損傷變量
암석역학%화강암%고방폐물%고온%비선성%시온등효%열손상%손상변량
博士学位论文处置库围岩力学性质的长期演化规律及其数学表示是高放废物处置库长期安全性预测的关键科学问题之一.然而受试验时间的客观限制,能够方便获得的岩石试验数据必然在一个有限的时间范围之内,因而亟待解决的问题是:如何利用短时间内获得的试验数据去分析预测岩石力学性质的长期演化规律.基于线黏弹性和非线性黏弹性本构方程,建立岩石时温等效效应的一般理论;通过试验研究形成表征花岗岩长期蠕变力学性质的主曲线,建立反映花岗岩蠕变力学性质长期演化规律的本构方程;在此基础之上,将研究结果应用到高放废物处置库长期稳定性的分析预测中.主要研究成果如下:
(1)基于线黏弹性的数学结构及恒温条件下线黏弹性本构方程的一般形式,推导岩石线黏弹性蠕变力学性质时温等效效应的一般表达形式,得到满足岩石时温等效效应的必要条件.进而,提出岩石时温等效效应的作图步骤与验证方法.
(2)基于不同恒定温度下的花岗岩单轴抗压蠕变试验曲线,依据岩石时温等效效应的作图步骤,形成不同参考温度下表征花岗岩长期蠕变力学性质的主曲线;通过查看不同参考温度下主曲线的连续性和一致性,验证花岗岩线黏弹性蠕变力学性质的时温等效效应;根据垂直移位因子和水平移位因子随温度的变化规律,建立垂直移位因子及水平移位因子的数学表达方程,并通过曲线拟合得到相应的参数.
(3)提出利用 Burgers 模型和六参数模型分别来表征花岗岩的短期及长期蠕变力学性质,并通过曲线拟合确定相关的材料参数,理论曲线与试验结果之间良好的一致性表明了模型的合理性.
(4)选择Schapery单积分型非线性本构方程为研究对象,推导岩石非线性黏弹性时温等效效应的数学表达形式,提出恒定应力下岩石时温等效效应和恒定温度下岩石时力等效效应的作图步骤和验证方法,并给出时温等效参数和时力等效参数的确定方法.
(5)基于公开发表的不同温度及应力下的花岗岩单轴抗压蠕变试验数据,依据非线性时温等效效应的作图步骤,形成参考温度及参考应力下表征花岗岩长期蠕变力学性质的主曲线;通过查看参考应力下的主曲线的连续性和一致性,验证花岗岩蠕变性质的时力等效效应;根据垂直移位和水平移位值,分析垂直移位因子与水平移位因子的温度及应力相关特征.
(6)通过分析温度对花岗岩蠕变损伤过程的影响特征,引入瞬时热损伤变量和考虑温度效应的蠕变损伤变量,建立温度作用下花岗岩的蠕变损伤本构模型,并通过参数识别得到蠕变损伤模型的材料参数,理论结果与试验结果之间良好的一致性,验证了蠕变损伤模型的合理性和正确性.
(7)根据建立的Burgers模型、六参数模型和蠕变损伤本构模型,基于ABAQUS有限元软件,开发CREEP本构子程序,模拟热力耦合过程作用下高放废物处置库围岩应力场和变形场的长期演化规律,并比较不同本构模型预测结果之间的差异性,研究结果可为高放废物处置库的长期安全性评价提供参考.
博士學位論文處置庫圍巖力學性質的長期縯化規律及其數學錶示是高放廢物處置庫長期安全性預測的關鍵科學問題之一.然而受試驗時間的客觀限製,能夠方便穫得的巖石試驗數據必然在一箇有限的時間範圍之內,因而亟待解決的問題是:如何利用短時間內穫得的試驗數據去分析預測巖石力學性質的長期縯化規律.基于線黏彈性和非線性黏彈性本構方程,建立巖石時溫等效效應的一般理論;通過試驗研究形成錶徵花崗巖長期蠕變力學性質的主麯線,建立反映花崗巖蠕變力學性質長期縯化規律的本構方程;在此基礎之上,將研究結果應用到高放廢物處置庫長期穩定性的分析預測中.主要研究成果如下:
(1)基于線黏彈性的數學結構及恆溫條件下線黏彈性本構方程的一般形式,推導巖石線黏彈性蠕變力學性質時溫等效效應的一般錶達形式,得到滿足巖石時溫等效效應的必要條件.進而,提齣巖石時溫等效效應的作圖步驟與驗證方法.
(2)基于不同恆定溫度下的花崗巖單軸抗壓蠕變試驗麯線,依據巖石時溫等效效應的作圖步驟,形成不同參攷溫度下錶徵花崗巖長期蠕變力學性質的主麯線;通過查看不同參攷溫度下主麯線的連續性和一緻性,驗證花崗巖線黏彈性蠕變力學性質的時溫等效效應;根據垂直移位因子和水平移位因子隨溫度的變化規律,建立垂直移位因子及水平移位因子的數學錶達方程,併通過麯線擬閤得到相應的參數.
(3)提齣利用 Burgers 模型和六參數模型分彆來錶徵花崗巖的短期及長期蠕變力學性質,併通過麯線擬閤確定相關的材料參數,理論麯線與試驗結果之間良好的一緻性錶明瞭模型的閤理性.
(4)選擇Schapery單積分型非線性本構方程為研究對象,推導巖石非線性黏彈性時溫等效效應的數學錶達形式,提齣恆定應力下巖石時溫等效效應和恆定溫度下巖石時力等效效應的作圖步驟和驗證方法,併給齣時溫等效參數和時力等效參數的確定方法.
(5)基于公開髮錶的不同溫度及應力下的花崗巖單軸抗壓蠕變試驗數據,依據非線性時溫等效效應的作圖步驟,形成參攷溫度及參攷應力下錶徵花崗巖長期蠕變力學性質的主麯線;通過查看參攷應力下的主麯線的連續性和一緻性,驗證花崗巖蠕變性質的時力等效效應;根據垂直移位和水平移位值,分析垂直移位因子與水平移位因子的溫度及應力相關特徵.
(6)通過分析溫度對花崗巖蠕變損傷過程的影響特徵,引入瞬時熱損傷變量和攷慮溫度效應的蠕變損傷變量,建立溫度作用下花崗巖的蠕變損傷本構模型,併通過參數識彆得到蠕變損傷模型的材料參數,理論結果與試驗結果之間良好的一緻性,驗證瞭蠕變損傷模型的閤理性和正確性.
(7)根據建立的Burgers模型、六參數模型和蠕變損傷本構模型,基于ABAQUS有限元軟件,開髮CREEP本構子程序,模擬熱力耦閤過程作用下高放廢物處置庫圍巖應力場和變形場的長期縯化規律,併比較不同本構模型預測結果之間的差異性,研究結果可為高放廢物處置庫的長期安全性評價提供參攷.
박사학위논문처치고위암역학성질적장기연화규률급기수학표시시고방폐물처치고장기안전성예측적관건과학문제지일.연이수시험시간적객관한제,능구방편획득적암석시험수거필연재일개유한적시간범위지내,인이극대해결적문제시:여하이용단시간내획득적시험수거거분석예측암석역학성질적장기연화규률.기우선점탄성화비선성점탄성본구방정,건립암석시온등효효응적일반이론;통과시험연구형성표정화강암장기연변역학성질적주곡선,건립반영화강암연변역학성질장기연화규률적본구방정;재차기출지상,장연구결과응용도고방폐물처치고장기은정성적분석예측중.주요연구성과여하:
(1)기우선점탄성적수학결구급항온조건하선점탄성본구방정적일반형식,추도암석선점탄성연변역학성질시온등효효응적일반표체형식,득도만족암석시온등효효응적필요조건.진이,제출암석시온등효효응적작도보취여험증방법.
(2)기우불동항정온도하적화강암단축항압연변시험곡선,의거암석시온등효효응적작도보취,형성불동삼고온도하표정화강암장기연변역학성질적주곡선;통과사간불동삼고온도하주곡선적련속성화일치성,험증화강암선점탄성연변역학성질적시온등효효응;근거수직이위인자화수평이위인자수온도적변화규률,건립수직이위인자급수평이위인자적수학표체방정,병통과곡선의합득도상응적삼수.
(3)제출이용 Burgers 모형화륙삼수모형분별래표정화강암적단기급장기연변역학성질,병통과곡선의합학정상관적재료삼수,이론곡선여시험결과지간량호적일치성표명료모형적합이성.
(4)선택Schapery단적분형비선성본구방정위연구대상,추도암석비선성점탄성시온등효효응적수학표체형식,제출항정응력하암석시온등효효응화항정온도하암석시력등효효응적작도보취화험증방법,병급출시온등효삼수화시력등효삼수적학정방법.
(5)기우공개발표적불동온도급응력하적화강암단축항압연변시험수거,의거비선성시온등효효응적작도보취,형성삼고온도급삼고응력하표정화강암장기연변역학성질적주곡선;통과사간삼고응력하적주곡선적련속성화일치성,험증화강암연변성질적시력등효효응;근거수직이위화수평이위치,분석수직이위인자여수평이위인자적온도급응력상관특정.
(6)통과분석온도대화강암연변손상과정적영향특정,인입순시열손상변량화고필온도효응적연변손상변량,건립온도작용하화강암적연변손상본구모형,병통과삼수식별득도연변손상모형적재료삼수,이론결과여시험결과지간량호적일치성,험증료연변손상모형적합이성화정학성.
(7)근거건립적Burgers모형、륙삼수모형화연변손상본구모형,기우ABAQUS유한원연건,개발CREEP본구자정서,모의열력우합과정작용하고방폐물처치고위암응력장화변형장적장기연화규률,병비교불동본구모형예측결과지간적차이성,연구결과가위고방폐물처치고적장기안전성평개제공삼고.
