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不同围压条件下榆横矿区砂岩力学特性和本构关系

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煤炭学报 2015年第S2期40卷 320-327页

作者：汪泓杨天鸿于庆磊赵永川王培涛贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室贵州贵阳550025 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

对取自榆横矿区小纪汗煤矿煤层顶板砂岩开展细观结构研究,表明该砂岩石为弱胶结砂岩。采用TAW-2000岩石压力机对弱胶结砂岩进行了不同围压下三轴压缩实验,结果表明该类砂岩在初始受压阶段表现出明显压密现象,且随围压增大压密段长度减小... 详细信息

对取自榆横矿区小纪汗煤矿煤层顶板砂岩开展细观结构研究,表明该砂岩石为弱胶结砂岩。采用TAW-2000岩石压力机对弱胶结砂岩进行了不同围压下三轴压缩实验,结果表明该类砂岩在初始受压阶段表现出明显压密现象,且随围压增大压密段长度减小,当进入塑性阶段,随着围压增大,其由弹性向塑性转变的趋势更加明显。利用双应变胡克模型(Two-parts Hook’s Model,TPHM)和统计损伤模型分别对屈服点前和屈服点后的受压变化情况进行了描述与分析,发现模型曲线与实验曲线吻合较好。表明TPHM模型能够准确表达岩石损伤前的非线性弹性变形及弹性变形过程;统计损伤模型则对岩石的损伤后变形进行较好表征。

关键词：弱胶结砂岩三轴压缩压密阶段本构关系

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考虑初始损伤和残余强度的岩石变形过程模拟

地球科学 2019年第2期44卷 652-663页

作者：温韬唐辉明马俊伟张俊荣范志强中国地质大学工程学院湖北武汉430074 中国地质大学教育部长江三峡库区地质灾害研究中心湖北武汉430074

针对现有损伤模型的不足,提出同时反映岩石初始损伤和残余强度的岩石变形过程模拟方法.将岩石材料分为未损伤部分、损伤部分和微缺陷,未损伤部分和损伤部分共同承担岩石所受的应力.通过岩石材料几何条件及微观受力分析建立未损伤部分的... 详细信息

针对现有损伤模型的不足,提出同时反映岩石初始损伤和残余强度的岩石变形过程模拟方法.将岩石材料分为未损伤部分、损伤部分和微缺陷,未损伤部分和损伤部分共同承担岩石所受的应力.通过岩石材料几何条件及微观受力分析建立未损伤部分的应变分析.再考虑岩石的形变比能只与损伤部分材料相关,从而建立损伤部分的应变分析.然后探讨岩石损伤和耗散能的关系,提出了可以反映岩石初始损伤的损伤演化方程,基于各部分应变分析建立模拟岩石变形过程的损伤本构模型,同时给出模型各参数的确定方法.结果表明:损伤演化方程不仅表现了岩石的初始损伤特征,也可以完整地体现岩石变形破坏过程的5个阶段;与前人模型相比,提出的岩石变形模拟方法与试验曲线更加吻合,体现了岩石的变形全过程,特别是更加直观地反映了岩石的初始损伤和残余强度特征.综合体现了本文模型在模拟岩石变形全过程时的优势.

关键词：岩石压密阶段初始损伤残余强度本构模型

考虑空隙非线性变形的胶结充填体损伤软化本构模型研究

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金属矿山 2019年第8期48卷 13-21页

作者：程爱平张玉山董福松戴顺意冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

充填采矿法在两步骤回采方式中广泛应用,胶结充填体作为人工矿柱,其稳定性至关重要;而胶结充填体力学特性及本构模型是进行稳定性分析与评价的重要内容,因此,亟需开展胶结充填体力学特性及本构模型研究。通过对不同灰砂比的胶结充填体... 详细信息

充填采矿法在两步骤回采方式中广泛应用,胶结充填体作为人工矿柱,其稳定性至关重要;而胶结充填体力学特性及本构模型是进行稳定性分析与评价的重要内容,因此,亟需开展胶结充填体力学特性及本构模型研究。通过对不同灰砂比的胶结充填体进行单轴压缩试验,试验结果表明:在初始压密阶段因空隙存在而表现出非线性变形特征;在塑性屈服阶段及破坏后阶段刚度和强度均表现出软化特性;破坏后阶段存在较强的承载特性。针对试验结果,采用宏观和细观相结合的方法,将胶结充填体抽象成空隙和细观单元2部分,并引入胶结充填体有效损伤因子,结合统计损伤理论,分别构建空隙本构方程和细观单元损伤软化本构方程,进而得到胶结充填体损伤软化本构模型。最后将本研究理论模型曲线与试验曲线、现有理论基于试验数据和其他学者试验数据得到的曲线进行对比分析,分析结果表明本研究得到的理论曲线与试验曲线有较高的匹配度,各阶段曲线拟合相关系数都达到95%以上,更好地表征了胶结充填体空隙非线性变形特征及软化特性。研究结果可为胶结充填体稳定性分析提供理论依据。

关键词：胶结充填体单轴压缩损伤软化压密阶段本构方程

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岩石与充填体损伤软化本构模型及其工程应用

岩石与充填体损伤软化本构模型及其工程应用

作者：晏孟洋中南大学

学位级别：硕士

由于金属矿山地下开采深度的增加,充填采矿法在越来越多的矿山使用。针对金属矿山的深部开采,充填体能够有效地控制地压,提高采场顶板稳定性,并且能够解决矿上固体废弃物处理的难题。而本构模型是研究岩石和充填体力学特性的重要手段,... 详细信息

由于金属矿山地下开采深度的增加,充填采矿法在越来越多的矿山使用。针对金属矿山的深部开采,充填体能够有效地控制地压,提高采场顶板稳定性,并且能够解决矿上固体废弃物处理的难题。而本构模型是研究岩石和充填体力学特性的重要手段,能够定量描述岩石和充填体的受力变形规律,有助于预测岩石和充填体在采矿过程中是否发生失稳破坏。本文采用了理论分析、实验研究以及工程实例分析等综合研究手段,探究了带有初始微缺陷的脆性岩石和尾砂胶结充填体的应变软化损伤本构模型。最后结合柴胡栏子金矿的工程背景,首先对其采空区矿柱-顶板稳定性进行分析,然后结合岩石与充填体应变软化损伤本构模型对岩石与配比充填体能量匹配进行研究,在优选出最优配比的尾砂胶结充填体对采空区进行充填,得到了以下结论:(1)含初始微缺陷的脆性岩石变形过程可以描述为:在加载的过程中,初始微缺陷逐渐被压实,直至完全压缩,岩石变形进入弹性阶段,该过程中岩石的应变由空隙部分产生的应变与岩石骨架部分应变组成,岩石不发生损伤。当应力大于萌生应力时,岩石出现新的微裂纹,岩石开始出现损伤,岩石骨架部分最终完全损伤。以岩石的变形为基础,建立了一种考虑微缺陷影响的脆性岩石应变软化损伤本构模型。初始微缺陷产生的应变反映压密阶段的非线性特征,新增的微缺陷导致的应变反映岩石峰后阶段应变软化的特征,用修正系数b来表示新增微缺陷的影响,假设岩石骨架部分的损伤符合Weibull概率分布,最后推导出基于微裂纹的损伤本构模型,并给出了参数V、n、F、m、b的确定方法,对模型参数进行讨论。用砂岩、苏长岩试验数据验证,试验数据与理论结果吻合。(2)对尾砂胶结充填体中的尾砂进行了粒径分析与化学成份分析,再加入水,水泥凝胶材料,加工成尾砂胶结充填体试样;对尾砂胶结充填体进行力学实验,然后对不同配比的充填体试样力学参数进行分析,分别对实验得到的峰值应力、抗压强度、弹性模量、峰值应变与灰砂比进行拟合,结果表明,指数函数相比于多项式函数拟合能更好的描述力学参数与灰砂比之间的关系;对尾砂胶结充填体单轴压缩试样破坏模式进行分析,发现以拉剪破坏为主;通过对经典损伤本构模型进行修正,结合充填体试样的变形破坏特征,得到了考虑尾砂胶结充填体压密阶段、应变软化阶段等阶段的参数化尾砂胶结充填体损伤本构模型,然后对本构模型的参数进行了定量分析,得到了本构模型中各种参数的物理意义;对比本文理论曲线与实验结果,发现其理论与实验结果基本吻合;最后通过本文的应变软化损伤本构模型对未知灰砂比充填体应力-应变曲线进行预测,得到的预测曲线能反映充填体应力-应变曲线的应变软化等基本力学特征。(3)结合内蒙古赤峰柴胡栏子金矿的现场实际情况,对柴胡栏子金矿矿区不同深度的岩石进行了声发射实验,确定矿区矿体最大埋藏深度和地应力分布情况,结合柴胡栏子矿区岩石的力学特性,对前文含初始微缺陷的脆性岩石损伤本构软化模型进行修正简化,以修正简化后的岩石损伤本构模型为基础对采空区顶板、矿柱岩石的稳定性进行分析,建立了采空区矿柱-顶板力学模型,再通过岩石力学理论与材料力学理论,给出了采空区矿柱-顶板模型的稳定性判别公式。对于充填之后的采空区,通过简化修正后的岩石应变软化损伤本构模型,计算出不同埋藏深度的岩石所含的应变能,同样通过本文的尾砂胶结充填体损伤本构模型计算得到不同配比的充填体所能储存的极限应变能。充填体的极限应变能与岩石的应变能之比为能量匹配系数K,通过能量匹配系数K来确定开挖岩石所释放的应变能能否被充填体全部吸收,K>1时,充填体与岩石能量能够匹配,K<1时,能量不匹配,充填后会发生失稳破坏,以此为理论依据,从而优选出性价比最高的尾砂胶结充填体灰砂比。图43幅,表12个,参考文献91篇

关键词：采空区稳定性分析岩石尾砂胶结充填体损伤本构模型压密阶段应变软化能量匹配

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考虑岩石微缺陷影响的损伤本构模型

黄金科学技术 2023年第3期31卷 507-515页

作者：刘志祥晏孟洋张双侠熊帅王凯中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为准确描述岩石应力—应变曲线非线性过程,提出了考虑岩石微缺陷影响的损伤本构模型。首先对含微缺陷岩石进行分析,把含微缺陷岩石抽象成不含微缺陷的岩石骨架部分和微缺陷部分。岩石微缺陷包括初始空隙和岩石受载新增的微裂纹,微缺陷... 详细信息

为准确描述岩石应力—应变曲线非线性过程,提出了考虑岩石微缺陷影响的损伤本构模型。首先对含微缺陷岩石进行分析,把含微缺陷岩石抽象成不含微缺陷的岩石骨架部分和微缺陷部分。岩石微缺陷包括初始空隙和岩石受载新增的微裂纹,微缺陷只能产生应变,不能承受应力。初始空隙产生的应变反映压密阶段的非线性特征,新增的微裂纹产生的应变反映岩石峰后阶段应变软化,用修正系数b来表示新增微缺陷的影响,假设岩石骨架部分的损伤符合Weibull概率分布,最后推导出基于微裂纹的损伤本构模型,并给出参数Vm、n、F0、m和b的确定方法,对模型参数进行讨论。用砂岩和苏长岩试验数据进行验证,结果显示试验数据与理论结果相吻合。

关键词：含微缺陷岩石本构模型微缺陷压密阶段应变软化修正系数