軟巖非線性蠕變損傷特性及錨固機(jī)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(wèn)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(shí)際工程帶來(lái)的影響已引起國(guó)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(jī)理是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，文章通過(guò)試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)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(shí)以及錨桿錨固界面粘結(jié)滑移關(guān)系進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)分析中，論文主要工作如下:
　　(1)對(duì)泥巖進(jìn)行

2、常規(guī)單軸壓縮試驗(yàn)，研究了泥巖的強(qiáng)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(qiáng)度確定出蠕變?cè)囼?yàn)中分級(jí)加載等級(jí)和強(qiáng)度。利用巖石三軸試驗(yàn)儀對(duì)泥巖分別進(jìn)行了單軸和三軸的分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)，對(duì)不同加載路徑包括圍壓恒定、分級(jí)增加軸壓;軸壓恒定、分級(jí)增加圍壓下泥巖的蠕變特性進(jìn)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(guò)程的變形特征和蠕變速率的變化規(guī)律;
　　(2)將巖石蠕變過(guò)程視為線性與非線性蠕變過(guò)程的迭加，借鑒元件組合模

3、型的建模方法，將含分?jǐn)?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(shí)引進(jìn)考慮荷載級(jí)別與時(shí)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)^(guò)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(jí)加載蠕變模型參數(shù)多的特點(diǎn)，文中采用具有遺傳交叉因子的改進(jìn)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?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)本文提出的五元件非線性蠕變損傷模型

4、參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，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(jī)理，進(jìn)行端錨桿中心拉拔試驗(yàn)。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(qiáng)度，得到試驗(yàn)的最優(yōu)配合比。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)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(gè)階段的數(shù)學(xué)模型;
　　(5)將包含分?jǐn)?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(shí)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