基于分数阶热弹塑性理论的软岩力学特性描述

摘要：

软岩具有复杂的热力学行为,可能同时存在热增强和热减弱效应,即软岩的强度会随着温度升高增大或减小.为了描述软岩的力学特性,将其视作重超固结黏土,并假定其前期固结应力近似的等于单轴抗剪强度.基于分数阶热弹塑性理论,建立考虑温度影响的软岩分数阶下加载面模型,该模型能够在不引入塑性势函数的情况下统一描述相关联和非相关的流动法则.模型计算结果表明,软岩的热增强和热减弱效应与软岩的塑性流动方向和加载方向之间的夹角密切相关.在三轴压缩不排水试验过程中,采用非关联的流动法则会导致软岩的应力路径越过其临界状态线并最终达到临界状态,此时软岩的不排水剪切强度会随着温度的升高而逐渐上升;反之,则将观察到热减弱现象.此外,由于软岩的前期固结应力会随着温度的升高而减小,在p-q平面其初始下加载面可能会位于温度加载面外部,此时超固结比OCR将小于1.给出的模型能够合理地描述常温下太古石的三轴压缩排水试验结果,分析结果表明,软岩的应力-应变曲线具有应变硬化和软化特点,同时伴随着剪缩和剪胀现象的发生;针对不同温度下Ohya软岩的三轴压缩排水试验计算结果表明,随着温度的升高,软岩将逐渐由脆性破坏转变为延性破坏,其最终剪胀量也会随之减小.相比较修正剑桥模型,本文模型仅额外的引入了线膨胀系数αT和与软岩剪胀特性相关的模型参数m,两者具有明确的物理意义,可以通过常规的室内试验结果加以确定.

关键词：岩石力学、分数阶微分、软岩、连续方程

所属期刊栏目：39

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金;湖湘高层次人才聚集工程;中南大学研究生科研创新项目

在线出版日期：2020-08-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1311-1320