裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型及参数分析

摘要

裂隙花岗岩的蠕变特性对高放废物地质处置库的长期稳定性和安全性至关重要。本文基于裂隙花岗岩在不同应力条件下的蠕变试验结果，结合蠕变过程中应力产生的损伤累积的影响，提出一种考虑损伤的弹黏塑性体。通过将经典Burgers模型的黏性元件替换为分数阶黏弹性元件，将黏弹性体替换为考虑损伤的弹黏塑性体的方法，构建了裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型，并推导出模型在3维应力状态下的本构方程。通过对倾角30°及45°单裂隙花岗岩在不同应力条件下蠕变试验数据的拟合分析，确定了模型参数，验证了模型的适用性和合理性，获得了各模型参数随应力水平的变化规律。通过模型参数的敏感性分析，揭示了分数阶导数、损伤参数，以及应力水平对裂隙花岗岩蠕变应变的影响规律，并验证了裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型在特殊条件下可退化为经典Burgers模型。研究表明，本文提出的裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型能够准确地描述裂隙花岗岩蠕变破坏全过程的3个阶段，尤其是加速蠕变阶段应变随时间非线性增长的过程。

关键词

裂隙花岗岩 / 蠕变 / 非线性模型 / 分数阶导数 / 参数分析

基金资助

核设施退役治理专项资助科研项目（科工二司[2020]194号）; 国家自然科学基金资助项目（42307258）; 四川省重点研发项目（2022YFSY0007）