軟巖非線性蠕變損傷特性及錨固機理研究.pdf

1、蠕變是巖石材料的重要力學(xué)特征，許多巖土工程問題都與巖石的蠕變特性有密切關(guān)系，巖石蠕變現(xiàn)象給實際工程帶來的影響已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。地下工程軟巖蠕變特性以及錨固機理是研究的熱點問題，文章通過試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對泥巖的基本力學(xué)性能、蠕變特性、非線性蠕變模型、參數(shù)辨識以及錨桿錨固界面粘結(jié)滑移關(guān)系進行了深入的研究，并將研究成果應(yīng)用于高家梁煤礦軟巖巷道支護結(jié)構(gòu)分析中，論文主要工作如下:
　　(1)對泥巖進行

2、常規(guī)單軸壓縮試驗，研究了泥巖的強度和變形特征，獲取了其基本力學(xué)特征參數(shù)。根據(jù)泥巖抗壓強度確定出蠕變試驗中分級加載等級和強度。利用巖石三軸試驗儀對泥巖分別進行了單軸和三軸的分級加載蠕變試驗，對不同加載路徑包括圍壓恒定、分級增加軸壓;軸壓恒定、分級增加圍壓下泥巖的蠕變特性進行了系統(tǒng)研究，得到了不同加載路徑和不同應(yīng)力水平下泥巖蠕變過程的變形特征和蠕變速率的變化規(guī)律;
　　(2)將巖石蠕變過程視為線性與非線性蠕變過程的迭加，借鑒元件組合模

3、型的建模方法，將含分數(shù)階微積分的變粘性系數(shù)FC元件代替Newton粘壺與Kelvin體、彈簧元件串聯(lián)，同時引進考慮荷載級別與時間效應(yīng)的損傷變量，提出一種五元件非線性蠕變損傷模型，較好的模擬泥巖蠕變?nèi)^程，尤其是泥巖加速蠕變階段，并推導(dǎo)出模型的本構(gòu)方程和蠕變方程;
　　(3)基于分級加載蠕變模型參數(shù)多的特點，文中采用具有遺傳交叉因子的改進粒子群算法和最小二乘法聯(lián)合反演的方法，根據(jù)泥巖蠕變試驗數(shù)據(jù)，對本文提出的五元件非線性蠕變損傷模型

4、參數(shù)進行了辨識，得出了各參數(shù)合理數(shù)值;
　　(4)為研究端錨粘結(jié)式錨桿的錨固機理，進行端錨桿中心拉拔試驗。利用配置的5種水泥砂漿分析鋼筋和水泥砂漿界面的黏結(jié)強度，得到試驗的最優(yōu)配合比。根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，依據(jù)荷載傳遞法推導(dǎo)出端錨桿—砂漿界面歷經(jīng)彈性狀態(tài)、塑性軟化和開裂滑移3個階段的數(shù)學(xué)模型;
　　(5)將包含分數(shù)階的五元件非線性蠕變損傷模型的本構(gòu)方程程序化，實現(xiàn)基于FLAC3D的本構(gòu)模型二次開發(fā)。并結(jié)合推導(dǎo)的端錨桿-砂漿界面在