岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究和其参数识别

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1、第27卷第4期岩石力学与工程学报Vol.27No.42008年4月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringApril，2008岩石非线性黏弹塑性蠕变模型研究及其参数识别蒋昱州，张明鸣，李良权(河海大学岩土工程研究所，江苏南京210098)摘要：基于岩石加速蠕变阶段的力学状态特征，提出一个非线性黏滞系数的牛顿体，建立一个新的岩石非线性黏弹塑性蠕变模型，该模型能够很好地模拟岩石非线性蠕变的衰减、稳态和加速蠕变3个阶段，而且在一定条件下该模型可以蜕变为Burgers或西原模型；基于提出的非线性蠕变

2、模型，推导岩石在不同恒定荷载情况下的蠕变方程，分析岩石蠕变的非线性特征。采用岩石全自动三轴流变伺服仪，对锦屏一级水电站工程左岸高边坡砂板岩和大理岩进行三轴蠕变力学试验，获得典型的岩石加速蠕变曲线。将Quasi-Newton算法(BFGS)嵌入到最小二乘法(LSM)中，提出BFGS-LSM算法，该方法能够快速准确地逼近精确解，并且不易收敛于局部极小点；采用该算法，利用获得的岩石全程三轴蠕变试验结果，对岩石非线性黏弹塑性蠕变模型参数进行辨识，辨识的结果和试验曲线吻合较好。关键词：岩石力学；非线性牛顿体；黏弹塑性；蠕变模型；参数识别中图分类号

3、：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2008)04–0832–08STUDYONNONLINEARVISCOELASTO-PLASTICCREEPMODELOFROCKANDITSPARAMETERIDENTIFICATIONJIANGYuzhou，ZHANGMingming，LILiangquan(InstituteofGeotechnicalEngineering，HohaiUniversity，Nanjing，Jiangsu210098，China)Abstract：Basedonthemechanicalbeh

4、aviorsofrockattheacceleratingcreepstage，anonlinearcoefficientofviscositycomponentisproposed.Byusingthisproposedcomponent，anewnonlinearvisicoelasto-plasticcreepmodelofrockisputforward；andthemodelcandescribethethreestagesofrocknonlinearcreep.Undercertaincondition，themodelc

5、anbedisintegratedintoBurgersmodelorNishiharamodel.Thecreepequationofrockattheconstantstressisdeduced；andthenonlinearcreeppropertiesofrockarestudiedinaccordancewiththeproposednonlinearcreepconstitutivemodel.Creepexperimentsarecarriedoutforsandstoneandmarblespecimensfromle

6、ftbankhighslopeofJinpingFirstStageHydropowerProjectbyusingtherockservo-controlledrheologytestingmachine；andthetypicaltriaxialaccelerationcreepcurvesofrockareobtained.AnewBFGS-LSMalgorithmisbroughtforwardbycombiningthequasi-Newtonalgorithm(BFGS)withtheleastsquaremethod(LS

7、M).Throughoutthisalgorithm，theexactsolutioncanbefastapproximated，whichisnoteasilyconvergedtothelocalminimum.Thealgorithmisadoptedtoinvestigatethetriaxialcreeptestsofrock；andtherelatedcreepparametersofrockspecimensusingtheproposedmodelareidentified.Theresultshowsthatthene

8、wnonlinearviscoelasto-plasticcreepmodelofrockaccordsbetterwiththecreeptestcurves.Keywords：rockmechanics