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可描述加速蠕变的流变力学组合模型和煤岩的蠕变试验研究

边金  
【摘要】: 在岩土工程中,存在大量与时间有关的问题,即流变问题;如果忽视流变现象,则可能使预测数据和现场测量有很大差异,从而对正确设计方案的选择产生影响,甚至导致非常严重的后果,因为蠕变和其它与时间有关的力学特性是岩石的基本特性。 因此,一个合适的描述流变现象的本构方程是非常重要的。构造本构方程的方法有元件模型理论、积分方程理论、屈服面理论等,作者采用的是元件模型理论。元件模型理论包括弹性体、塑性体和粘性体三个常用的模型。其中,粘性体是一个里面装满牛顿流体的粘壶,即将岩石的粘性性质遵守牛顿粘滞性定律。但是,岩石还具有非牛顿流体的性质。作者在查阅大量资料的前提下,根据非牛顿流体的性质和岩石的全应力口应变曲线,构造了一个新的粘性体,并利用这个粘性体构造了一个组合模型,来描述岩石的流变现象。作者采用单一试件分级加载的方法,使用Instron-1346型电液伺服压力机,作了大量煤岩材料的单轴和三轴蠕变试验;根据最小二乘法计算出了该组合模型的参数,并做出了其理论曲线,该理论曲线与试验曲线比较吻合。同时,作者还根据试验数据,做出了煤岩材料的等时曲线和蠕变速率与时间的关系曲线,分析了蠕变过程中煤岩材料的力学行为,发现在未超过其长期强度时,发生衰减蠕变;当超过其长期强度时,出现了减速、稳定和加速蠕变三个阶段;加速阶段很短,应变速度稍有增长,就发生破坏。最后,还对不同巷道断面和煤柱宽度的计算模型进行了有限元分析,得出了一些有益的结论。


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