基于分数阶导数的冻土–结构接触面剪切蠕变模型研究

土力学; 管幕冻结法; 接触面; 剪切蠕变; 分数阶导数; Maxwell模型;
["邓声君","张金海","陈浩林","蒋刚","龚晓南"] 2024-10-12 期刊论文
在拱北隧道施工中首次采用的管幕冻结法暴露了设计阶段未能预见的施工期长期稳定性问题,涉及管幕冻土复合结构中冻土与结构接触面的剪切蠕变特性。目前尚缺乏针对冻土与结构接触面的蠕变模型来准确描述接触面的剪切蠕变特性。基于分数阶导数推导建立能够同时描述冻土与结构接触面在衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段力学行为的理论模型,该模型将Maxwell模型中的黏弹性部分替换为Abel黏壶元件,并融合一个由剪应力控制的蠕变加速元件;通过自主改装仪器,得到冻土与钢材接触面剪切蠕变试验结果;基于Python语言开发含分数阶的多参数同步最小二乘拟合程序,拟合对比各因素条件下冻土与结构接触面剪切蠕变试验曲线;最后,分析模型中应力控制加速元件参数敏感性,揭示加速指数N和分数阶阶数λ对加速蠕变阶段的影响规律。研究结果表明:(1)分数阶Maxwell加速模型中分数阶导数明显改善蠕变曲线的非线性渐进过程,而剪应力控制加速元件准确地模拟加速蠕变阶段;(2)与传统模型相比,在不同试验条件下分数阶Maxwell加速模型均展现了更高的适用性和精准性;(3)蠕变模型中加速指数N越大,其加速效果越明显,速率也越快;随着分数阶阶数λ...
来源平台:岩石力学与工程学报