白堊系地層凍結(jié)軟巖的損傷和蠕變特性研究.pdf

1、隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施和能源需求的增長，煤礦建設(shè)重點(diǎn)也在向西部轉(zhuǎn)移。西部礦區(qū)白堊系地層以砂巖和泥巖等為主，強(qiáng)度低、膠結(jié)弱，屬于軟巖。在白堊系地層中進(jìn)行凍結(jié)法鑿井時，凍結(jié)壁的變形和穩(wěn)定性直接決定于軟巖凍結(jié)后的力學(xué)性狀。通過大量的巖石瞬時和蠕變試驗(yàn)，結(jié)合損傷和流變力學(xué)理論，建立能反映白堊系地層凍結(jié)軟巖力學(xué)規(guī)律的本構(gòu)模型。本文所做工作如下:
　　對白堊系地層軟巖在不同溫度下進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，獲得了瞬時力學(xué)參數(shù)與溫度、圍壓的關(guān)系。在

2、同溫下，軟巖峰值強(qiáng)度、彈性模量均隨圍壓的增加而提高，而同壓下兩者則隨溫度的降低而增大。為正確描述白堊系地層凍結(jié)軟巖的五階段應(yīng)力-應(yīng)變曲線，假定軟巖存在初始損傷，建立損傷恢復(fù)變量，獲得了裂隙壓密段的損傷表達(dá)式，認(rèn)為軟巖微元強(qiáng)度符合Weibull概率分布，并考慮到材料損傷部分應(yīng)力由殘余強(qiáng)度承擔(dān)，建立了凍結(jié)軟巖的增量型統(tǒng)計損傷本構(gòu)模型，將模型嵌入ABAQUS有限元程序，對三軸試驗(yàn)進(jìn)行模擬，驗(yàn)證了模型的正確性。
　　通過不同溫度下的三軸蠕

3、變試驗(yàn)結(jié)果可知，白堊系地層凍結(jié)軟巖具有明顯的三階段蠕變性質(zhì)，且隨著溫度降低，軟巖總?cè)渥兞繙p少，長期強(qiáng)度升高。利用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則修正西原模型的黏塑性元件，同時引入改進(jìn)的Kachanov蠕變損傷律，建立了可描述凍結(jié)軟巖三階段蠕變特征的蠕變損傷本構(gòu)模型。
　　推導(dǎo)了蠕變損傷模型的有限元解析方法，對ABAQUS軟件進(jìn)行二次開發(fā)。利用ABAQUS對泊江海子礦井筒開掘進(jìn)行數(shù)值模擬，并獲得在不同段高條件下，凍結(jié)壁的應(yīng)力場和位移