CREEP

ITASCA(武汉)咨询有限公司报告人:朱永生2007.04.28依泰斯卡(武汉)内容概况粘弹性体变形特征粘弹性体流变元件常用基本流变模型软件内置的蠕变本构模型用FLAC/FLAC3D解决蠕变问题蠕变分析输入介绍弹性理论：假定物体的形变与所受的力成正比，形变值的大小与加荷的历程无关，不会随时间变化；塑性理论：应力-应变关系为非线性，若荷载本身不便，也是假设所得的新形变在以后维持不变，同样与时间无关；流变理论：•荷载不变，形变值并非永远是常数；•荷载逐渐增大，形变取决于加荷速度•应力与应变关系的本构模型中包含时间。概况力学响应对时间的依赖型岩石、岩体，特别是结构面(层面、节理、层理)在较高应力水平条件下的变形性态均与时间有关，可以将其看作是粘弹性体。粘弹性体的流变特征，主要表现为蠕变、松弛、流动与长期强度等几个方面：(1)在定常荷载作用下，应变(ε)随时间(t)而逐渐增长的现象，称为蠕变特征；(2)当应变一定时，应力(σ)随时间(t)而逐渐衰减的现象，称为松弛现象；(3)应力σ随着应变速率(dε/dt)逐渐增长的现象，称为流动特性；(4)在一定的时间内，强度(τ)与时间(t)的关系，称为长期强度。εtIIIIIIABCD加载曲线卸载曲线蠕变曲线e粘弹性体变形特征流变元件常用基本流变模型uHuNFF松弛模型(Maxwell体）M=H-Nεt0tσ0Mt01eUH=UNFF延迟模型(Kelvin体）M=H||Nσt0εtKt01/Ee0010.532eE0/E理想弹塑性模型EP=H-St.VFFEss001tgsFFNSt.V粘塑性模型VP=N||St.V表.各种岩石曾采用的蠕变模型软件内置蠕变本构模型用FLAC/FLAC3D解决蠕变问题简述蠕变分析时间步长蠕变时间步的自动调整蠕变和动力计算流变模型和FLAC/FLAC3D其他模型最大的不同在于模拟过程中时间概念的不同，对于蠕变，求解时间和时间步代表着真实的时间，而一般模型的静力分析中，时间步是一个人为数量，仅仅作为计算从迭代到稳态的一种手段来使用。简述蠕变分析时间步长对于蠕变等时间依赖性问题，程序允许用户自定义一个时间步长，这个时间步长的默认值为零，那么材料对于粘弹性模型表现为线弹性，对于粘塑性模型表现为弹塑性。（命令setcreepoff也可以用来停止蠕变计算。）建立初始平衡:蠕变公式中包含时间，所以计算中时间步长对程序响应有影响，以上方法可以用来在系统达到平衡后再开始新的蠕变计算。用户可以改变人为改变蠕变时间步的步长，但步长不能任意给定，必须满足差分方法收敛的步长要求。通常，蠕变过程由偏应力状态控制，从数值计算的精度来讲，最大蠕变时间步长可以表示成粘性常数和剪切模量的比值：GtcrmaxPowerLaw:1maxncrtAGCvisc(Burger-Creepviscoplasticmodel):maxmin(,)KMcrKMtGG力学过程存在压缩行为(Crushed-SaltModel，压硬和减缩)，蠕变步长由粘性常数与体积模量的比值确定：12max||01crBBtKBeeWIPP:/max1QRTcrnetGD建议:1.建议利用程序作蠕变分析开始时所采用的蠕变时间步，比根据上式算得的临界时间tmax小两到三个数量级。通过调用SETcrdtauto/SETcreepdtautoon，可以利用自动时间步自动调整。作为一项规则，时间步的最大值maxdt（SETmaxdt/SETcreepmaxdt）不能超过tmax。2.用来计算tmax的应力σ大小，可由蠕变开始之前的初始应力状态决定。同样，σ作为vonMises不变量，可以用FISH函数计算。蠕变时间步的自动调整蠕变时间步长可由用户给定为常值：FLAC:setcrdttFLAC3D:setcreepdtt蠕变时间步长由程序自动调节：FLAC:setcrdtautoFLAC3D:setcreepdtautoon/off如果时间步长自动变化，那么当最大不平衡力超过某一阀值时，它就会减小；当最大不平衡力小于某一水平时它就会增大。阀值的定义：FLAC：通过最大不平衡力来控制；①Funbal≤fobl，时间步乘子lmul(default=2.0);②Funbal≥fobu，时间步乘子umul(default=0.5)。FLAC3D：通过最大不平衡力与平均节点力比率来控制；①Runbal≤lfob(default=1e-3)，时间步乘子lmul(default=1.01);②Runbal≥ufob(default=5e-3)，时间步乘子umul(default=0.9)。mindtCreepTimestepmaxdt蠕变和动力计算蠕变计算和动力计算两者不能耦合。通常的做法是先用蠕变计算建立应立场，然后进行瞬态动力计算。1.计算模式的切换；2.速度场的调整。算例FLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0722:11step1000-1.389E+00x2.639E+01-6.389E+00y2.139E+01MaterialmodelssviscouselasticGridplot05E0FixedGridpointsBXXXXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYYYYYBXXXXXXXXXXXXXXXXX-directionYY-directionBBothdirectionsHistoryLocations1-0.2500.2500.7501.2501.750(*10^1)0.2500.7501.2501.7502.250(*10^1)JOBTITLE:modelItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101WuhFLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0722:11step2000CreepTime2.0000E+05-1.389E+00x2.639E+01-6.389E+00y2.139E+01MaterialmodelssviscouselasticGridplot05E0FixedGridpointsBXXXXXXXXXXXXXYYYYYYYYYYYYYYBXXXXXXXXXXXXXXXXX-directionYY-directionBBothdirectionsHistoryLocations1-0.2500.2500.7501.2501.750(*10^1)0.2500.7501.2501.7502.250(*10^1)JOBTITLE:modelItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101WuhFLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0722:11step2000CreepTime2.0000E+05-1.389E+00x2.639E+01-6.389E+00y2.139E+01MaterialmodelssviscouselasticBoundaryplot05E0Gridplot05E0Displacementvectorsmaxvector=4.722E-0301E-2-0.2500.2500.7501.2501.750(*10^1)0.2500.7501.2501.7502.250(*10^1)JOBTITLE:DispItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101Wuh蠕变，动力分析示例运行静水应力场，无限孔洞蠕变分析(与解析解比较)POWER模型：FLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0718:31step433-3.333E+00x2.333E+01-3.333E+00y2.333E+01MaterialmodelpowerGridplot05E0FixedGridpointsYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXXX-directionYY-directionNetAppliedForcesmaxvector=3.129E+0801E9HistoryLocations20.0000.5001.0001.5002.000(*10^1)0.0000.5001.0001.5002.000(*10^1)JOBTITLE:modelItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101WuhabFLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0721:07step5433CreepTime2.4059E+03TablePlotTable14Table424681012141618-1.000-0.900-0.800-0.700-0.600-0.500(10)08JOBTITLE:VeloItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101WuhFLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0721:07step5433CreepTime2.4059E+03TablePlotTable13Table324681012141618-1.100-1.050-1.000-0.950-0.900-0.850-0.800(10)08JOBTITLE:VeloItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101Wuh运行FLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0721:07step5433CreepTime2.4059E+03TablePlotanalyticalFLAC2468101214161820-2.400-2.000-1.600-1.200-0.800-0.400(10)-02JOBTITLE:VeloItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101WuhVelocityFLAC(Version5.00)LEGEND18-Apr-0721:07step5433CreepTime2.4059E+03TablePlotTable12Table224681012141618-0.900-0.800-0.700-0.600-0.500-0.400-0.300-0.200-0.100(10)08JOBTITLE:VeloItascaConsultingChinaLtd.2#LuoshiRoadN#,SuiteA101WuhSXX(Sr)SYY(St)SZZ(St)4.27m3.66mDriftRoomBhole5.49m5.49m长30.48mφ=0.91m长9.14m巷道开挖计算参数埋深:600m；材料属性：WIPP蠕变总时间：7.7Year运行