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考虑弹性模量退化的砂岩非定常蠕变模型

煤炭科学技术 2022年第5期50卷 110-119页

作者：杨逾孙博一孙艺丹李珉晏祥智辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 云南省房地产开发经营有限公司云南昆明650000

针对传统西原模型不能描述岩石加速蠕变特性的问题,根据辽宁阜新海棠山隧道出现的围岩流变现象,通过现场取样,采用MTS-812.02岩石试验加载系统对砂岩进行不同围压和不同应力水平下的三轴蠕变试验,分析其蠕变特性。在传统西原模型的基础... 详细信息

针对传统西原模型不能描述岩石加速蠕变特性的问题,根据辽宁阜新海棠山隧道出现的围岩流变现象,通过现场取样,采用MTS-812.02岩石试验加载系统对砂岩进行不同围压和不同应力水平下的三轴蠕变试验,分析其蠕变特性。在传统西原模型的基础上,考虑了岩石进入加速蠕变阶段的判别条件,串联一个加速蠕变触发的元件,通过损伤定义流变参数的非定常性,建立了一个以屈服强度和长期强度为判别条件新型非定常蠕变模型,并将一维推广至三维;结合砂岩蠕变试验结果,对砂岩流变试验全过程曲线进行模型参数拟合,结果表明:建立的新型砂岩非定常蠕变模型与试验结果具有较高的拟合度,该模型克服了传统西原模型难以描述加速蠕变阶段的缺陷,不仅能够反映出砂岩瞬时应变、稳定蠕变和亚稳定蠕变阶段的流变特性,还能很好地描述了砂岩加速蠕变阶段的流变特性。最后,通过对砂岩流变参数的反演,得到了砂岩的损伤演化方程,结合现场围岩应变监测数据对模型参数进行拟合,很好地反映了流变参数损伤劣化规律。研究成果为研究岩体流变的非线性问题和确保工程安全提供了新思路。

关键词：砂岩弹性模量长期强度加速蠕变损伤劣化规律

铁尾矿粉沥青混凝土胶浆-集料粘附性和TG-DSC实验研究

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矿产综合利用 2022年第6期43卷 66-72页

作者：万金侠孙博一吉林铁道职业技术学院吉林吉林132200 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

在研究铁尾矿粉掺入沥青混凝土中的力学性能和路用性能的基础上,分析了铁尾矿粉掺量对沥青胶浆-集料粘附性的影响,并开展了不同铁尾矿粉掺量下沥青混凝土的TG和DSC实验。结果表明,综合不同铁尾矿粉掺量作用下沥青混凝土胶浆基本物理性... 详细信息

在研究铁尾矿粉掺入沥青混凝土中的力学性能和路用性能的基础上,分析了铁尾矿粉掺量对沥青胶浆-集料粘附性的影响,并开展了不同铁尾矿粉掺量下沥青混凝土的TG和DSC实验。结果表明,综合不同铁尾矿粉掺量作用下沥青混凝土胶浆基本物理性能指标的变化规律,得到在铁尾矿粉掺量为60%时,沥青混凝土各项指标达到较佳值,且此时沥青混凝土的路用性能也能完全满足公路道路的使用要求。随着铁尾矿粉掺量的不断增大,沥青胶浆接触角和表面能与粘附功和剥落功的变化规律呈现出先增大后减小的趋势,且在铁尾矿粉掺量为60%时取得较大值。同时,铁尾矿粉的掺入可以有效地提升沥青混凝土的耐热性能以及有效地提升了沥青混凝土热稳定性。

关键词：铁尾矿粉沥青胶浆-集料粘附性接触角表面能粘附功剥落功

巷道围岩在温度-应力耦合下的分数阶蠕变本构模型

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煤炭技术 2022年第7期41卷 29-32页

作者：柏淼孙博一中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司沈阳110015 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

基于损伤积累构建非定常Abel黏壶,也对弹簧元件建立非定常化,并结合分数阶理论建立一维非定常参数蠕变模型;在此基础上按照类比法和考虑屈服函数和塑性势函数对黏塑性变形的影响,将一维模型推广到三维状态下使得其更符合工程实际。采用... 详细信息

基于损伤积累构建非定常Abel黏壶,也对弹簧元件建立非定常化,并结合分数阶理论建立一维非定常参数蠕变模型;在此基础上按照类比法和考虑屈服函数和塑性势函数对黏塑性变形的影响,将一维模型推广到三维状态下使得其更符合工程实际。采用试验数据和最小二乘法对模型参数进行识别,并通过将两者曲线进行对比验证。结果表明:改进后的温度-应力耦合分数阶蠕变本构模型可以很好地描述岩石的蠕变特性,尤其是对加速蠕变变形规律的描述。

关键词：分数阶微积分岩石蠕变模型三维蠕变方程加速蠕变参数识别

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蠕变参数劣化的时效性及变参数蠕变模型

工程科学与技术 2021年第1期53卷 104-112页

作者：刘文博张树光孙博一辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004

为研究深部岩石在复杂条件下的蠕变特性,采用MTS812.02试验机对岩石进行三轴蠕变试验。在分析蠕变曲线特征的基础上,结合岩石流变力学和损伤理论,将黏弹塑性损伤元件引入蠕变模型,提出确定蠕变参数的方法,实现对岩石蠕变曲线全过程的描... 详细信息

为研究深部岩石在复杂条件下的蠕变特性,采用MTS812.02试验机对岩石进行三轴蠕变试验。在分析蠕变曲线特征的基础上,结合岩石流变力学和损伤理论,将黏弹塑性损伤元件引入蠕变模型,提出确定蠕变参数的方法,实现对岩石蠕变曲线全过程的描述。结果表明:黏弹塑性损伤元件为描述岩石蠕变曲线全过程提供了一个新思路;改进的模型可考虑过应力差和时间的双重影响,进而得到蠕变参数与过应力差和时间的关系,更好地反映了岩石在蠕变过程中蠕变特性参数随时间和过应力差乘积变化而呈现的损伤劣化特性,进一步揭示了蠕变变形破坏的内在机理,也预测了岩石蠕变参数随时间和应力变化的规律;将蠕变参数拟合公式代入到原有蠕变损伤模型中,建立考虑应力和时间对蠕变参数双重影响的损伤蠕变模型;通过改进黏弹塑性损伤元件的损伤演化方程,更好地反映了岩石在蠕变过程中的损伤程度。此外,通过分析蠕变参数与应力和时间之间的变化关系,提出确定蠕变参数的新方法,得到了蠕变参数的劣化特征,更加明确了蠕变参数的物理意义;通过对比试验结果和模型计算结果,得出模型曲线在高应力状态下和试验曲线具有良好的吻合度,验证了改进的蠕变模型的正确性和蠕变参数确定方法的合理性。

关键词：三轴蠕变过应力损伤蠕变模型蠕变参数

基于应力—腐蚀耦合作用下深部岩层流变特性时效性研究

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基于应力—腐蚀耦合作用下深部岩层流变特性时效性研究

作者：孙博一辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

深部岩层由于受高地应力高温高渗流及开采扰动影响,易发生蠕变失稳破坏从而破坏巷道整体结构,因此研究不同应力水平不同腐蚀效应下围岩的破坏特征和损伤演化规律对于实际工程防灾和支护具有重要意义。本文基于损伤理论、分数阶理论和最... 详细信息

深部岩层由于受高地应力高温高渗流及开采扰动影响,易发生蠕变失稳破坏从而破坏巷道整体结构,因此研究不同应力水平不同腐蚀效应下围岩的破坏特征和损伤演化规律对于实际工程防灾和支护具有重要意义。本文基于损伤理论、分数阶理论和最小二乘法算法理论,通过室内三轴压缩、蠕变试验、室外现场监测、数值模拟等手段,以辽宁林盛煤矿下西二采区1203工作面巷道蠕变失稳为工程背景,研究了深部岩层破坏变形机理、应力-腐蚀耦合作用下巷道围岩的蠕变特性和损伤本构方程,揭示了深部围岩的损伤与变形的内在联系,提出了预防围岩失稳的支护方案。经过室内试验、理论模型并结合实际工程分析,主要得出以下研究成果:（1）利用MTS815岩石试验机开展砂岩试件的三轴压缩试验,研究不同轴压水平下砂岩的应力-应变曲线特征,探讨轴向应变、径向应变和体积应变的变化规律,分析峰值强度、残余应力、弹性模量和泊松比与轴压水平之间的关系。（2）基于三轴压缩试验结果,开展不同应力水平不同腐蚀效应下砂岩三轴蠕变试验,通过控制轴压、围压、酸碱度三个变量,分析蠕变过程的体积时效性,同时定性分析酸碱度对砂岩瞬时应变值、总应变值、蠕变破坏时间的影响,并确定参数进行定量描述。（3）基于三轴蠕变试验结果和损伤理论确定损伤应力阈值,分析应力-腐蚀耦合作用下损伤机理并定义损伤因子,结合分数阶理论建立三段式砂岩损伤本构模型,运用最小二乘法对模型参数进行辨识并使用Origin对试验数据进行拟合分析来验证模型的正确性,同时通过参数反演建立腐蚀效应下的流变参数衰减方程。（4）针对辽宁林盛煤矿下西二采区1203运输顺槽出现的巷道围岩蠕变失稳现象,运用数值模拟与现场监测对比验证模型的正确性,并提出支护方案及支护稳定性分析。该论文有图48幅,表14个,参考文献54篇。

关键词：深部岩层应力-腐蚀耦合流变时效性损伤劣化支护稳定性

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基于力学参数时效性的非定常蠕变模型

中国矿业大学学报 2019年第5期48卷 993-1002页

作者：张树光刘文博陈雷孙博一辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004

为了研究阜新恒大煤矿开采过程中围岩呈现出明显的流变性质,采用MTS815.02试验机开展不同围压作用下的蠕变试验.考虑时间与应力对蠕变参数和力学参数的影响,通过引入过应力差和时间乘积的概念,构建考虑时效性和应力状态的损伤模型,进而... 详细信息

为了研究阜新恒大煤矿开采过程中围岩呈现出明显的流变性质,采用MTS815.02试验机开展不同围压作用下的蠕变试验.考虑时间与应力对蠕变参数和力学参数的影响,通过引入过应力差和时间乘积的概念,构建考虑时效性和应力状态的损伤模型,进而在西原体模型的基础上建立一个新型的非定常蠕变模型,结合砂岩不同围压作用下的蠕变试验结果,对模型中的参数进行反演,将得到的参数代入模型中与试验曲线进行对比.结果表明:蠕变试验曲线与模型曲线具有较高的拟合度,说明该模型不仅克服了传统西原体难以描述加速蠕变特性的缺点,也验证了建立的非定常非线性蠕变模型的正确性与合理性.

关键词：非定常过应力差蠕变西原模型非线性

一种基于弹性能释放率的岩石新型统计损伤本构模型

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水文地质工程地质 2021年第1期48卷 88-95页

作者：刘文博孙博一陈雷张树光广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

为了揭示岩石变形的破坏机理以及岩石材料产生损伤的本质原因,文章对岩石材料变形规律和力学特性进行分析后,再以损伤变量作为影响岩石变形和力学性能变化的内变量,采用能量原理、有效应力原理和统计损伤理论构建了一种基于弹性能释放... 详细信息

为了揭示岩石变形的破坏机理以及岩石材料产生损伤的本质原因,文章对岩石材料变形规律和力学特性进行分析后,再以损伤变量作为影响岩石变形和力学性能变化的内变量,采用能量原理、有效应力原理和统计损伤理论构建了一种基于弹性能释放率的新型岩石统计损伤本构模型。该损伤模型进一步完善了岩石损伤本构模型的理论体系,弥补了传统损伤模型无法合理解释引发岩石破坏原因的不足。利用岩石试验数据对损伤模型的参数进行确定,并将损伤演化模型代入弹性能-应变模型中,分析在加载过程中岩石弹性能变化的规律。结果表明:模型曲线与试验曲线在峰前变形阶段几乎重合,说明损伤模型可以很好地反映岩石的变形特性;在初始加载阶段,岩石的损伤变量随着轴向应变的增大而增大,说明在荷载作用下,岩石内部裂隙逐渐发展发育,使得岩石材料的损伤逐步积累;在围压达到10 MPa以上时,损伤-应变曲线基本重合。同时,在初始加载时刻,损伤-应变曲线增长率急剧上升,大约在岩石应变为0.01%时,损伤-应变曲线趋于平稳变化状态;且由于岩石在峰值应力点附近损伤迅速累积,进而使得损伤变量在数值上快速增大到1,这说明了围压的增大使得岩石破坏极限得到显著的提升。

关键词：岩石弹性能释放率统计损伤应力-应变弹性能损伤变量

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基于统计损伤原理的岩石加速蠕变模型研究

岩土工程学报 2020年第9期42卷 1696-1704页

作者：刘文博张树光陈雷孙博一路平平广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

针对现有蠕变理论模型无法较好地描述岩石黏塑性阶段的加速蠕变特性及如何确定岩石加速蠕变阶段的启动条件等问题,对取自阜新恒大煤矿深部围岩开展了室内三轴蠕变试验,分析了岩石在蠕变变形规律。为了使建立的模型不仅较好地描述岩石蠕... 详细信息

针对现有蠕变理论模型无法较好地描述岩石黏塑性阶段的加速蠕变特性及如何确定岩石加速蠕变阶段的启动条件等问题,对取自阜新恒大煤矿深部围岩开展了室内三轴蠕变试验,分析了岩石在蠕变变形规律。为了使建立的模型不仅较好地描述岩石蠕变特性,也可以较好与经典蠕变曲线各阶段相对应,通过经典的蠕变变形示意定义了各个分段临界点的指标,进而建立了一种考虑加速蠕变变形的新型岩石黏弹塑性蠕变模型。结果表明:在考虑岩土类内部缺陷发育的基础上,采用统计损伤理论来构建岩石加速蠕变模型,使得试验曲线也与模型曲线具有良好的吻合度,说明了基于统计损伤原理建立的岩石加速蠕变模型,来反映岩石蠕变全过程曲线是正确的;这也证明了采用统计损伤变量和经典蠕变曲线定义的临界点指标的正确性。岩石蠕变加载过程也是一种岩石内部微元体损伤破坏的过程,在材料微观结构上表现为不可逆性。通过将蠕变曲线分阶段,来定义分段临界点的损伤变量的表达形式,结合统计损伤理论和Perzyna黏塑性模型,对传统的西原体模型进行适当的改进,建立非线性蠕变损伤模型,从而更好地体现了损伤受岩石内部应力应变状态影响和损伤演化规律。

关键词：统计损伤理论黏弹塑性蠕变模型启动条件加速蠕变阈值

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动力扰动下巷道围岩变形影响因素敏感性分析

煤炭科学技术 2020年第5期48卷 57-62页

作者：孙艺丹杨逾孙博一李珉孙浩翔辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

基于高地应力状态下煤矿井下巷道在开采工程中由于覆岩层断裂、岩巷爆破掘进等动力扰动导致围岩更容易变形甚至失稳的情况,根据弹性理论和应力波理论,分析了扰动状态下巷道围岩失稳机理,采用FLAC3D软件建立了巷道围岩的理想弹塑性模型,... 详细信息

基于高地应力状态下煤矿井下巷道在开采工程中由于覆岩层断裂、岩巷爆破掘进等动力扰动导致围岩更容易变形甚至失稳的情况,根据弹性理论和应力波理论,分析了扰动状态下巷道围岩失稳机理,采用FLAC3D软件建立了巷道围岩的理想弹塑性模型,在正交优化组合的基础上对动力扰动下影响巷道围岩变形的因素(应力峰值、频率、侧压力系数和扰动时间)进行敏感性分析。结果表明:不同影响因素对巷道顶板和帮部最大位移的敏感性有较大的差异性;分析16种参数值不同组合条件下的变形量,得出应力峰值20 MPa,频率1 Hz,侧压力系数1.4,扰动时间0.8 s时,顶板及两帮变形程度最大;应力峰值5 MPa,频率15 Hz,侧压力系数0.8,扰动时间0.2 s时,顶板及两帮变形程度最小;顶板和帮部位移影响因素的敏感性由大到小依次为:侧压力系数、扰动时间、应力峰值和频率。最后,利用多元线性回归分析法建立了多因素作用下顶板和帮部变形的数学公式,回归效果显著,为巷道的有效支护提供了工程参考。

关键词：动力扰动正交试验设计巷道围岩敏感性分析