不同纤维掺量磷石膏胶结体损伤特性及本构模型研究

作     者：张卫中 唐杰 孔德华 康钦容 ZHANG Weizhong;TANG Jie;KONG Dehua;KANG Qinrong

作者机构：武汉工程大学资源与安全工程学院湖北武汉430060 

出 版 物：《矿业研究与开发》 (Mining Research and Development)

年 卷 期：2024年第44卷第6期

页      面：104-111页

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52174086) 

主　　题：磷石膏胶结体 聚丙烯纤维 本构模型 损伤演化 抗压强度 

摘      要：为了提高磷石膏胶结体的强度及韧性,开展了掺纤维提高磷石膏胶结体力学强度特性的试验,对聚丙烯纤维含量分别为0、0.5%、0.75%、1%、1.25%的磷石膏基复合胶结体损伤规律进行了研究。研究发现:(1)随着聚丙烯纤维掺量的增大,磷石膏胶结体的峰值应变与抗压强度均呈现一定程度的提升,抗压强度与弹性模量均呈先增大后减小的趋势,最优纤维掺入量为0.75%;(2)不同纤维掺量的胶结体试件其应力-应变曲线具有相似形态,而掺纤维胶结体与普通磷石膏胶结体在应力-应变曲线上的差别表明,纤维的掺入能提高胶结体的峰后残余强度以及韧性,可明显改善磷石膏胶结体的抗压强度特性;(3)基于应变等价理论、统计损伤理论,引入了5种损伤修正系数,推导出了掺纤维磷石膏胶结体单轴受压损伤本构模型,建立了不同纤维掺量下磷石膏胶结体的单轴受压损伤本构方程及损伤演化方程;(4)将理论曲线与试验曲线对比,发现各曲线具有相似形态,且二者在峰值处吻合度较好,表明所建立的理论本构模型对不同纤维掺量磷石膏胶结体的分析和研究具有一定的参考价值。研究成果可为磷石膏基复合材料在固废胶结充填现场的应用提供一定的理论支撑。