基于分数阶理论的软泥岩一维次固结蠕变模型

摘要

工程中因岩石蠕变而诱发的灾害屡见不鲜，其中的软岩蠕变在实际工程中也较为常见。为探讨软岩蠕变特性，并准确预测软岩蠕变变形，本研究首先对宁夏固原市隆德县的软泥岩进行了一维次固结蠕变试验，分析了一维次固结蠕变试验下软泥岩的蠕变特性；然后引入了分数阶理论的概念，推演能够描述非线性蠕变特征的分数阶Burgers模型本构方程；最后利用Matlab中lsqcurvefit算法对软泥岩一维次固结蠕变试验数据进行数值求解，分析了分数阶阶数对软泥岩一维次固结蠕变曲线的影响。蠕变试验表明：软泥岩蠕变机制符合固结蠕变中瞬时变形、固结变形、稳定变形三阶段，并呈明显的非线性特征，且原状、重塑试样在固结过程中均产生了较大程度的次固结蠕变，最大变形量可占总变形量的59%。数值模拟结果表明：分数阶Burgers模型能够更好地描述次固结蠕变的非线性特征；模型分数阶阶数γ有较强的敏感性，能够反映拟合曲线的弹性阶段及之后的非线性黏弹性阶段，而分数阶阶数β敏感性较差，仅能对黏弹性阶段的蠕变趋势做出细微反应。

关键词

软泥岩 / 分数阶理论 / 岩石蠕变 / Burgers模型 / 宁夏固原市