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《山东科技大学》 2010年
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石膏蠕变特性及矿房矿柱长期稳定性研究

张仰强  
【摘要】:蠕变特性作为岩石重要的力学特性之一,与岩土工程长期稳定性与安全性紧密相关。本文通过室内试验、理论分析和数值模拟研究为一体的方法,研究了石膏的蠕变特性并对其矿房矿柱的长期稳定性进行分析,得到了具有重要指导意义的研究成果。 通过对石膏单轴拉伸、单轴压缩基本力学特性试验,确定了石膏基本力学参数,分析了单轴荷载下的应力应变曲线特征和破坏规律,为进行蠕变试验和数值计算提供了依据。 通过对石膏蠕变特性的单轴压缩试验研究,分析了其蠕变力学参数、等时应变曲线特征以及蠕变破坏特征;然后,基于石膏蠕变变形中具有瞬弹性、粘弹性和粘塑性共存的特性,应用改进的Burgers蠕变模型描述石膏的蠕变特性;最后,对试验结果进行回归分析,求得了本构方程中的参数,并通过对改进的Burgers蠕变模型的数值实现,与试验结果对比分析表明,改进的Burgers蠕变模型能够较可靠的描述石膏蠕变力学特征,蠕变模型回归分析的参数能够较好地体现蠕变试验变形特点。 以所建立的改进的Burgers蠕变模型为基础,采用数值模拟方法探讨了石膏标准试样在三轴压缩蠕变情况下的蠕变特性,数值模拟结果所反映出的蠕变各阶段的变形特征和规律与岩石的基本蠕变特性是一致的,表明所建立的蠕变模型研究三维受力状态下石膏蠕变特性是可行的;通过对不同产状大尺度条件下膏体的蠕变特性试验研究,表明结构面产状对膏体流变形态的影响是十分显著的,它不仅明显影响了膏体的蠕变强度,而且对膏体的破坏模式起着控制性作用。 最后,考虑矿房开挖后的流变变形特性,采用上述改进的Burgers模型对鲁能泰山石膏矿4301工作面矿房矿柱进行长期稳定性的数值模拟计算,分析了其在时间作用下的受力和变形规律,并与矿房开挖瞬间的静力分析及现场监测进行比较分析,得到一些指导矿房矿柱工程设计和施工的有益结论。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD311

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