时效损伤,岩石,分数阶,蠕变,敏感性 ," /> 时效损伤,岩石,分数阶,蠕变,敏感性 ,"/> time damage,rock,fractional order,creep,susceptibility ,"/> <span class="cf0">考虑时效损伤的岩石分数阶蠕变模型</span>

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (4): 1213-1224.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240273

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

考虑时效损伤的岩石分数阶蠕变模型

赵越1,2,牛心玉1,蒋苏1   

  1. 1. 辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁 阜新 123000

    2. 辽宁工程技术大学创新实践学院,辽宁 阜新 123000

  • 收稿日期:2024-10-21 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-08-05
  • 作者简介:赵越(1995—),男,副教授,博士,主要从事地质资源与地质工程方面的研究,E-mail: zhaoyue9501@163.com
  • 基金资助:

    中国科协青年托举工程(2023QNRC001);2023年度辽宁省教育厅基本科研项目(青年项目)(JYTQN-2023212)

Fractional-Order Creep Model of Rocks Considering Time-Dependent Damage

Zhao Yue1,2,Niu Xinyu1,Jiang Su1   

  1. 1. Mining Institute, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, Liaoning, China

    2. College of Innovation and Practice, Liaoning Technical University,Fuxin 123000, Liaoning, China

  • Received:2024-10-21 Online:2025-07-26 Published:2025-08-05
  • Supported by:

    the Young Elite Scientists Sponsorship Program by CAST (2023QNRC001)and the Basic Scientific Research Project of Liaoning Provincial Department of Education in 2023 (Youth Project) (JYTQN2023212)

摘要:

目前多数本构模型难以同时反映软岩和硬岩蠕变行为,适用范围有限。为构建适用范围更广的岩石蠕变模型,以广义Kelvin-Voigt模型为基础,引入分数阶微积分算子理论和损伤力学理论,构建新的考虑时效损伤的岩石分数阶蠕变模型,并拓展至三维应力空间。模型验证分析发现:1)分别以新建一维、三维模型对大理岩单轴、砂岩三轴压缩蠕变试验进行模拟,平均R2(拟合优度)分别为0.994 4和0.994 2,证明了新建模型的可行性;2)同时采用新建模型和相关文献中分数阶蠕变模型对砂岩三轴蠕变数据进行模拟,得到平均R2分别为0.994 2和0.992 7,新建模型平均R2高出0.001 5;3)对花岗岩、板岩、泥岩和全风化花岗岩这四种硬度的岩石三轴压缩蠕变试验数据进行模拟,平均R2达0.989 9,证明新建模型具有一定适用性。

关键词: 时效损伤')">

时效损伤, 岩石, 分数阶, 蠕变, 敏感性

Abstract:

At present, most constitutive models are difficult to simultaneously reflect the creep behavior of soft and hard rocks, and their applicability is limited. To construct a more widely applicable rock creep model, based on the generalized Kelvin-Voigt model, the theory of fractional calculus operators and damage mechanics theory were introduced to construct a new rock fractional creep model considering time-dependent damage, which is extended to three-dimensional stress space. Model validation analysis is found that: 1) Simulating uniaxial compression creep tests on marble and triaxial compression creep tests on sandstone using newly constructed one-dimensional and three-dimensional models, the average R2 (goodness of fit) was of 0.994 4 and 0.994 2 respectively, proving the feasibility of the newly constructed models; 2) At the same time, the newly established model and the fractional-order creep model in related literature were used to simulate the triaxial creep data of sandstone, and the average R2 was 0.994 2 and 0.992 7, respectively, and the average R2 of the newly established model was 0.001 5 higher than that of the previous model; 3) The simulation of triaxial compression creep test data for four types of rock hardness, namely granite, slate, mudstone, and fully weathered granite, showed an average R2 of 0.989 9, demonstrating the applicability of the new model.

Key words: time damage')">

time damage, rock, fractional order, creep, susceptibility

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