胶结充填体变形全过程损伤演化及本构模型研究

发布时间：2022-02-22 17:30

　　在工业文明转向生态文明时代背景下,绿色矿山建设已上升至国家战略。绿色开采技术是绿色矿山建设的核心,充填采矿法因其安全、高效的特点越来越受重视,胶结充填体在两步骤回采中作为人工矿柱,其稳定性是矿山安全高效开采的保障。因此,亟需开展胶结充填体变形全过程损伤演化及本构模型研究,为胶结充填体稳定性监测和控制提供理论依据。本文通过胶结充填体室内单轴压缩试验,采用超声波测试和声发射监测技术,运用损伤力学及统计学相关理论知识,结合数值模拟方法及室内相似模拟试验,开展了胶结充填体变形全过程损伤演化及本构模型研究,取得以下主要研究成果:（1）通过胶结充填体超声波波速测试试验,表征了胶结充填体单轴抗压强度和弹性模量与超声波波速之间的指数关系,结合损伤力学理论,基于超声波波速构建了胶结充填体损伤演化方程,阐明了胶结充填体损伤演化规律。（2）采用摄像系统进行了胶结充填体裂纹观测试验,研究了胶结充填体变形全过程裂纹开裂、扩展及贯穿模式;运用色度统计法获取了裂纹条数,探讨了胶结充填体变形全过程裂纹条数与超声波波速之间的响应关系。（3）根据振铃计数率、能率阶段性特征将变形全过程分为3个时期:上升期、平静期和活跃期;... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 问题提出与研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 胶结充填体变形及力学特性研究现状
        1.2.2 胶结充填体损伤特性及本构模型研究现状
        1.2.3 超声波测试技术研究现状
        1.2.4 声发射监测技术研究现状
        1.2.5 存在的问题与不足
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究技术路线
第2章 胶结充填体超声波波速损伤及裂纹演化规律
    2.1 胶结充填体变形全过程超声波波速测定试验
        2.1.1 胶结充填体试样制作
        2.1.2 胶结充填体超声波波速测定试验步骤
        2.1.3 试验结果及分析
    2.2 基于超声波波速的胶结充填体损伤特性研究
        2.2.1 基于超声波波速的损伤演化方程
        2.2.2 不同灰砂比胶结充填体超声波波速损伤演化规律
    2.3 基于超声波波速的胶结充填体细观裂纹演化规律
        2.3.1 胶结充填体裂纹演化摄像系统
        2.3.2 胶结充填体裂纹开裂演化过程分析
        2.3.3 单轴压缩胶结充填体裂纹扩展、汇集及贯通模式
        2.3.4 胶结充填体宏观破裂破坏形式
        2.3.5 胶结充填体超声波波速与裂纹演化之间的响应关系
    2.4 本章小结
第3章 胶结充填体声发射参数时空及损伤演化规律
    3.1 声发射监测技术及参数介绍
    3.2 胶结充填体声发射定位试验
        3.2.1 试样制作与养护
        3.2.2 试样设备与加载
    3.3 胶结充填体强度及变形破坏特性
    3.4 胶结充填体声发射参数时空演化特征
        3.4.1 声发射参数时序演化特征
        3.4.2 胶结充填体变形全过程微裂纹空间定位演化规律
    3.5 基于声发射参数的胶结充填体损伤演化规律
    3.6 本章小结
第4章 胶结充填体损伤本构模型研究
    4.1 胶结充填体应力-应变曲线特征分析
        4.1.1 应力-应变曲线阶段性特征分析
        4.1.2 胶结充填体初始压密非线性变形特性
    4.2 胶结充填体损伤本构模型构建
        4.2.1 初始压密阶段后损伤本构模型构建
        4.2.2 初始压密阶段本构模型构建
    4.3 参数确定方法
        4.3.1 E0 的确定方法
        4.3.2 参数a,b的确定方法
        4.3.3 λ0和k的确定方法
    4.4 试验验证
        4.4.1 本文试验曲线验证
        4.4.2 其他文献试验数据验证
        4.4.3 本章小结
第5章 本构模型在FLAC3D中的二次开发及实例应用
    5.1 本构模型在FLAC3D中的二次开发
        5.1.1 初始压密阶段本构方程增量形式
        5.1.2 初始压密阶段后本构方程增量形式
        5.1.3 基于FLAC3D的胶结充填体损伤本构数值模型构建
    5.2 实例应用
        5.2.1 算例背景简介
        5.2.2 室内相似模拟试验
        5.2.3 相似模拟试验数值模型构建
        5.2.4 相似模拟与数值模拟结果对比分析
        5.2.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间取得的科研成果
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]岩土的非线性冻结模型试验和相似准则[J]. 李顺群,张勋程,陈之祥,赵磊,夏锦红.  工程力学. 2019(01)
[2]岩石单轴压缩下损伤表征及演化规律对比研究[J]. 张国凯,李海波,王明洋,李杰,邓树新.  岩土工程学报. 2019(06)
[3]边坡声发射监测研究综述[J]. 李刚,肖繁,刘浩,胡明兵,赵奎.  长江科学院院报. 2018(11)
[4]深地充填体断裂特性及裂纹扩展模式研究[J]. 徐文彬,曹培旺,程世康.  中南大学学报(自然科学版). 2018(10)
[5]北山花岗岩三轴压缩下声发射特征及损伤演化规律研究[J]. 孙雪,李二兵,段建立,濮仕坤,谭跃虎,韩阳,赵昱乔.  岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[6]充填体与围岩组合承压作用机理试验研究[J]. 谭玉叶,余昕,宋卫东,汪海萍,曹帅.  采矿与安全工程学报. 2018(05)
[7]水平分层胶结充填体损伤本构模型及强度准则[J]. 汪杰,宋卫东,谭玉叶,付建新,曹帅.  岩土力学. 2019(05)
[8]充填体与围岩组合模型循环加卸载破裂声发射特征研究[J]. 王志国,李柱营,顾乃满,李跃龙.  金属矿山. 2018(08)
[9]超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测[J]. 王志凯,吕文生,杨鹏,王志军,诸利一.  中国有色金属学报. 2018(07)
[10]不同偏置裂纹充填体断裂特性试验[J]. 徐文彬,曹培旺,程世康.  岩土力学. 2018(05)

博士论文
[1]金川二矿区下向分层采矿充填体力学行为及其作用的研究[D]. 马长年.中南大学 2011

硕士论文
[1]单轴压缩条件下尾砂胶结充填体损伤破坏过程的比能特征研究[D]. 吴恩桥.武汉科技大学 2018
[2]基于拱架效应的充填采空区稳定性研究[D]. 陈鹏.华南理工大学 2018
[3]程潮铁矿充填法和崩落法联合开采方案及地表稳定性研究[D]. 裴明松.武汉科技大学 2016
[4]块石胶结充填体声发射特征试验研究[D]. 余溯.江西理工大学 2015



本文编号：3639917