Il modello energetico non lineare e lo stress

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8456 (2023) Citare questo articolo

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La relazione tra deformazione ed energia elastica viene semplificata introducendo un parametro di stato tensionale basato sulla legge di Hooke generalizzata. Si assume che le resistenze dei microelementi soddisfino la distribuzione di Weibull e viene sviluppato un nuovo modello per l'evoluzione non lineare dell'energia introducendo il concetto di resistenze dei microelementi delle rocce. Su questa base viene effettuata un'analisi di sensitività dei parametri del modello. I risultati mostrano che il modello concorda bene con i dati sperimentali. Il modello è vicino alle leggi di deformazione e danneggiamento della roccia ed è in grado di riflettere la relazione tra l'energia elastica e la deformazione della roccia. Rispetto ad altre curve modello, il modello di questo articolo è più adatto alla curva sperimentale. Mostrano che il modello migliorato potrebbe descrivere meglio la relazione stress-deformazione della roccia. Infine, secondo l'analisi dell'influenza del parametro di distribuzione sul modello di variazione dell'energia elastica della roccia, l'entità del parametro di distribuzione può riflettere direttamente l'energia di picco della roccia.

Il processo di deformazione e cedimento della roccia è il processo di rilascio, trasformazione e dissipazione dell'energia, che porta allo squilibrio dello stato stabile originale della roccia1. Nell'ingegneria pratica, la costruzione di una centrale elettrica sotterranea, lo scavo di tunnel, l'estrazione del carbone e altre costruzioni ingegneristiche distruggeranno lo stato di equilibrio originale della roccia2,3. Ciò causerà l'instabilità e il cedimento della roccia. Durante la realizzazione di questi progetti, l'energia all'interno della roccia è in continua evoluzione. L'estrazione e lo scavo delle attività umane è il processo di immissione di energia esterna nella roccia. Le misure costruttive come il rinforzo e il sostegno dell'ingegneria sotterranea possono essere intese come la trasformazione e il trasferimento dell'energia della roccia4. La deformazione e il cedimento della roccia vengono dissipati o rilasciati in varie forme di energia, come energia termica, energia cinetica ed energia radiante. Si può vedere che esplorare il processo di deformazione e cedimento delle rocce dal punto di vista energetico è più vicino alla pratica ingegneristica e all’essenza del cedimento delle rocce. Pertanto, rivelare la legge del cambiamento di energia nel processo di cedimento delle rocce può fornire un importante supporto teorico per la costruzione di progetti di conservazione dell’acqua5. Con il crescente numero di progetti sotterranei interrati, l'estrazione e lo scavo di rocce profonde sono diventati la norma. Nel complesso stato tensionale del materiale roccioso, il criterio di rottura della roccia è complesso6. Il suo modello costitutivo del danno diventa molto complesso e mutevole. Considerando che la spinta energetica è l’essenza del cedimento delle rocce, lo studio del modello costitutivo dei materiali rocciosi dal punto di vista energetico può ridurre la complessità del modello costitutivo del danno7. Può anche mostrare completamente il processo di deformazione e cedimento dei materiali rocciosi. La creazione di un modello energetico costitutivo della roccia può approfondire la comprensione dell’essenza del processo di cedimento del materiale roccioso. I risultati della ricerca possono essere applicati a una gamma più ampia di materiali8.

Il processo di deformazione dell'ammasso roccioso è accompagnato da un cambiamento di energia, e l'energia è la causa interna fondamentale del danno finale al materiale motore. L'energia elastica immagazzinata nella roccia durante il processo di caricamento viene rilasciata in misura sufficiente a causare danni. Durante il processo di cedimento dell'arenaria sotto diverse pressioni di confinamento, il processo di accumulo di energia elastica ha caratteristiche regolari9,10. Il processo di danneggiamento delle rocce è stato studiato dal punto di vista energetico. L'obiettivo finale è scoprire il meccanismo di evoluzione dell'energia del danno roccioso e trovare il metodo di previsione del danno roccioso basato sul principio energetico11. Attraverso l'accumulo di energia e le caratteristiche di evoluzione del processo di rottura dell'arenaria sotto diversi percorsi di stress, viene stabilito il modello di evoluzione non lineare dell'energia del processo di rottura della roccia e viene fornito il criterio di previsione energetica del cedimento della roccia12.