模型试验中材料变形破坏的时间相似问题

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摘要模型试验是岩石力学与工程的主要研究方法之一。随着地下工程埋深的逐步增大，岩石在变形破坏过程中表现出了显著的时间效应。如何模拟随时间发展的岩石变形破坏过程是一个关键但未得到充分研究的科学问题。将模型试验中的时间相似问题根据复杂程度和过程特点分为几组，基于相似理论，分别推导运动学/动力学问题、波传播问题、蠕变问题(基于不同模型)、与时间相关的破坏问题中的时间相似关系，给出不同时效变形破坏过程的相似关系表达式。理论分析发现，目前地质力学模型试验中普遍采用的时间相似关系仅适用于弹塑性的运动学或动力学问题，在研究其他时间相关的变形破坏问题时，应根据时间在物理过程中所起的作用和采用的分析模型选择适用的时间相似系数。讨论深部岩体初始应变状态的模拟问题及岩体的时效破坏问题。所推导的不同物理过程中的时间相似系数可为深部岩体相关地质力学模型试验提供理论参考。

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关键词 ：岩石力学, 地质力学模型试验, 相似原理, 时间相似, 蠕变, 时效破坏

Abstract：The geo-mechanical model test has been one of the most widely used methods in rock mechanical research. With the increasing of the buried depth of underground facilities，the deformation and failure behaviours of the deep rock mass exhibit strong time effects. The simulation of the time-dependent rock behaviour has been an important problem without been fully investigated. The time-dependent problems in geo-mechanical model test are divided into several groups；based on the similarity theory，the time similarity relationships of time-dependent processes，including kinematics/dynamics problem，wave propagation problem，creep deformation(based on element models or empirical equations) and long term rock failure problem are deduced. The derived results indicate that the widely used relationship for time similarity is only suitable for the elastoplastic problems in which only kinematics or dynamics process is involved. For other more complicated problems，the time similarity relationship should be determined with the analysis model. The problem of how to simulate the initial strain state of deep rock mass and the long-term aspect of rock failure are also discussed. The time similarity relationships presented provide a valuable reference for geo-mechanical model test on deep rock mass.

Key words： rock mechanics geo-mechanical model test similarity theory time similarity creep deformation time-dependent failure

收稿日期: 2014-04-28

引用本文:

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链接本文:

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