泊江海子矿围岩蠕变试验及本构关系研究

发布时间：2020-06-16 13:47

【摘要】：泊江海子煤矿位于我国内蒙古自治区内的鄂尔多斯市境内的泊江海子镇。由于这种大型煤矿的服务期限较长,因此为了保证其结构的安全性和长期稳定性,有必要对其围岩的流变特性进行理论研究和试验研究。试验的岩样取自于泊江海子煤矿浅部的白垩系中砂岩和深部的侏罗系砂质泥岩,首先对这两种岩样进行了常规单轴压缩试验和常规三轴压缩试验,试验结果不仅得到了两种岩样的基本力学参数和变形参数,而且其抗压强度也为后续压缩蠕变试验中应力分级提供参考。同时,针对岩石常规三轴压缩试验,首先将全应力应变曲线分为初始压密、近似线弹性、塑性硬化、塑性软化和残余流动五个阶段,然后采用四线段模型对试验曲线进行表征,结果表明该模型对全应力应变曲线的描述较吻合,其中,砂质泥岩在塑性硬化和塑性软化阶段的拟合效果明显优于中砂岩。其次,采用能量转化原理对三轴压缩试验过程中的能量转换进行了分析,结果表明动能密度和耗散能密度随着轴向应变的增加而增加,而弹性应变能密度随着轴向应变的增加而增加,当达到峰值应变时,弹性应变能密度达到最大值,然后随着应变的增加而出现减小趋势。蠕变试验是研究围岩蠕变特性最常用也是最有效的途径之一,因此有必要对中砂岩和砂质泥岩进行单轴压缩蠕变试验和三轴压缩蠕变试验。随后,根据砂质泥岩的单轴蠕变试验数据和中砂岩的三轴蠕变数据建立非定常西原蠕变模型和基于损伤理论的西原损伤蠕变模型。对于非定常西原蠕变模型而言,建立了西原模型四个模型参数与时间或应力的关系,然后将这四个变参数代替传统西原模型的定常参数,提出非定常西原蠕变模型,最后根据试验数据对模型进行辨识,辨识结果表明该模型是合理可行的。对于西原损伤蠕变模型而言,首先推导了西原模型在三维应力状态下的蠕变方程,然后基于损伤理论推导了损伤变量随岩石不同蠕变阶段的演化方程,最后将损伤变量引入西原模型从而建立了西原损伤蠕变模型,通过和传统西原模型对中砂岩三轴蠕变试验曲线的拟合对比分析,结果表明西原损伤模型较传统模型对加速阶段的描述更优。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD315

【参考文献】

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本文编号：2716127