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己有研究表明,岩体内部孔隙水压的存在对蠕变特性存在一定的影响。目前,在研究含水煤岩蠕变试验中所提出的蠕变本构模型可以准确描述含水煤岩的蠕变特性,这为孔隙水压作用下煤岩体蠕变特性研究奠定了理论基础。但前期成果往往针对的是煤体在温度、轴压、围压影响下的蠕变性质研究,而忽略了孔隙水压作用下煤体孔隙率对煤蠕变特性的影响研究。为此,本文以圣华煤业无烟煤为研究对象,利用CT扫描仪探究其孔隙率,根据孔隙率区间对其进行分类;进行了不同孔隙率区间煤岩单轴蠕变试验、不同孔隙水压作用下相同孔隙率区间煤样蠕变试验、相同孔隙水压作用下不同孔隙率区间煤样蠕变试验,分别得出了其蠕变特性曲线;研究煤样在分级加载下的蠕变特性曲线,分析其蠕变性质;在此基础上将非线性粘性元件和塑性元件组合,与传统Burges模型串联,建立了一个能描述不同孔隙率煤岩孔隙水压作用下煤的非线性粘—弹—塑性特性的蠕变模型并拟合出方程中的相关参数;取得的成果如下:
(1)通过CT扫描技术对无烟煤试件进行了孔隙率分析,按孔隙率区间5%~10%、10%~15%、15%~20%将试件分为三类。通过对各分类区间试件的强度测试,得知随着孔隙率的增加试件强度逐渐减小;孔隙率对试件强度的影响较为明显,试件孔隙率为10%~15%、15%~20%试件分别与孔隙率为5%~10%相比较,单轴抗压强度分别降低9.6%、22.3%。
(2)单轴蠕变试验表明,不同孔隙率区间试件随着其孔隙率的增大,其瞬时应变量也逐渐增大。说明在应力加载初期,孔隙逐渐被压密,孔隙率越大其变形越明显,且随着加载分级的增加,这种压密现象逐渐消失。
(3)研究表明,在低应力加载条件下孔隙水压与孔隙率的变化会影响蠕变的瞬时蠕变,造成蠕变曲线的起始应变值不同。
(4)随着孔隙率、孔隙水压的增加,试件在破坏阶段由应力加载开始进入加速蠕变阶段的时间逐渐缩短,由减速蠕变阶段进入加速蠕变阶段的时间也逐渐缩短。
(5)对经典的牛顿体进行了改进,引入了新的力学元件用于描述加速蠕变阶段,将它和传统的Burgers模型串联,建立了可以完整描述不同孔隙水压作用下不同孔隙率煤样的蠕变特性的蠕变本构模型。利用Origin2018软件对蠕变模型参数进行了回归分析以及辨识,得出了新建本构模型的蠕变参数。对模型的适用性进行验证得出:模型能够很好地反应孔隙水压作用下不同孔隙率区间试件的蠕变特性。
(1)通过CT扫描技术对无烟煤试件进行了孔隙率分析,按孔隙率区间5%~10%、10%~15%、15%~20%将试件分为三类。通过对各分类区间试件的强度测试,得知随着孔隙率的增加试件强度逐渐减小;孔隙率对试件强度的影响较为明显,试件孔隙率为10%~15%、15%~20%试件分别与孔隙率为5%~10%相比较,单轴抗压强度分别降低9.6%、22.3%。
(2)单轴蠕变试验表明,不同孔隙率区间试件随着其孔隙率的增大,其瞬时应变量也逐渐增大。说明在应力加载初期,孔隙逐渐被压密,孔隙率越大其变形越明显,且随着加载分级的增加,这种压密现象逐渐消失。
(3)研究表明,在低应力加载条件下孔隙水压与孔隙率的变化会影响蠕变的瞬时蠕变,造成蠕变曲线的起始应变值不同。
(4)随着孔隙率、孔隙水压的增加,试件在破坏阶段由应力加载开始进入加速蠕变阶段的时间逐渐缩短,由减速蠕变阶段进入加速蠕变阶段的时间也逐渐缩短。
(5)对经典的牛顿体进行了改进,引入了新的力学元件用于描述加速蠕变阶段,将它和传统的Burgers模型串联,建立了可以完整描述不同孔隙水压作用下不同孔隙率煤样的蠕变特性的蠕变本构模型。利用Origin2018软件对蠕变模型参数进行了回归分析以及辨识,得出了新建本构模型的蠕变参数。对模型的适用性进行验证得出:模型能够很好地反应孔隙水压作用下不同孔隙率区间试件的蠕变特性。