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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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考虑应力水平和损伤的胶结充填体蠕变特性及本构模型

作者(Author):

  • 程爱平
  • 戴顺意
  • 舒鹏飞
  • 付子祥
  • 黄诗冰
  • 叶祖洋

作者单位:

  • 武汉科技大学 资源与环境工程学院
  • 武汉科技大学 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室
  • 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室

关键词:

  • 胶结充填体
  • 蠕变
  • 声发射
  • 损伤
  • 改进Burgers模型
  • 摘要
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充填采矿法中胶结充填体处于长期荷载环境,其蠕变特性会对矿山安全开采产生重要影响。基于此,制作胶结充填体的标准圆柱体试样,采用WDW-100 kN型微机控制电子万能试验机加载系统和DS2系列全信息声发射监测系统,进行了单轴压缩、分级蠕变和声发射监测试验,获取了胶结充填体蠕变变形及振铃计数、能量和振幅等声发射特征参数。根据试验结果,探讨了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形特征和声发射特征;对比单轴压缩试验,从宏细观角度揭示了胶结充填体蠕变破坏特征;考虑应力水平和损伤的影响,引入损伤变量、新的二次黏性元件和开关元件,构建了能表征不同应力水平下胶结充填体蠕变变形规律的改进Burgers模型,并通过试验结果进行验证。研究结果表明:① 不同应力水平下,胶结充填体的蠕变3阶段变形特征差异显著,据此将荷载应力大小分为减速、等速和加速3类应力水平;② 不同应力水平下,胶结充填体声发射特征与各阶段蠕变变形特征变化规律较一致:减速蠕变阶段内,声发射事件较活跃;稳定蠕变阶段内,声发射活动较少;加速蠕变阶段内,声发射事件最活跃;③ 对比单轴压缩破坏,胶结充填体蠕变破坏程度较为平缓,主裂纹沿扩展方向发生明显偏转,完整性较好,以结构性失稳破坏为主;④ 构建的改进Burgers蠕变模型能与各应力水平试验数据均有较高吻合度,较好的表征了不同应力水平下的胶结充填体蠕变变形规律。

程爱平,戴顺意,舒鹏飞,等.考虑应力水平和损伤的胶结充填体蠕变特性及本构模型[J].煤炭学报,2021,46(2):439-449. CHENG Aiping,DAI Shunyi,SHU Pengfei,et al.Creep characteristics and constitutive model of cemented backfill considering stress and damage[J].Journal of China Coal Society,2021,46(2):439-449.
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