基于西原模型的非线性损伤蠕变模型

基础研究

基于西原模型的非线性损伤蠕变模型

付腾飞,付宝杰

(安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232100)

[摘一要]一针对传统的西原模型不能较好地反映岩石蠕变非稳定阶段,且多数学者对西原模型的修正是通过屈服强度阈值来界定非稳定阶段,而通过时间阈值考虑非稳定蠕变阶段界定的研究相对较少三在西原模型的基础上,引入Kachanov 损伤理论及时间损伤阈值,建立了一种同时描述3个阶段的非线性损伤蠕变方程式三通过灰岩蠕变试验得到试验数据,对新的非线性损伤蠕变模型的参数进行反演,并进行曲线拟合,分析岩石的蠕变损伤过程和对应阶段的稳定性,证明了该模型的正确性和合理性,为岩石流变失稳现象提供理论依据三

[关键词]一西原模型;损伤;非线性;加速蠕变[中图分类号]TD325一

[文献标识码]A一

[文章编号]1006-6225(2016)04-0001-04

Nonlinear Damage Creep Model Based on Xiyuan Model

FU Teng-fei,FU Bao-jie

(Energy and Safety School,Anhui University of Science &Technology,Huainan 232001,China)

Abstract :To the problems of instability step of rock creep deformation could not be reflected by traditional Xiyuan model,and as the modified Xiyuan model for most of scholars,instability deformation step was confirmed by yield strength threshold value,but instabili-ty creep deformation step was confirmed by time threshold value was less．On the basis of Xiyuan model,Kachanov damage theory and time damage threshold was introduced,nonlinear damage creep formula that explained three steps at the same time was built．The ex-perimental data was obtained by creep experiment of limestone,the parameters of new nonlinear damage creep model were inverted,and curve fitting was analyzed,the creep damage process of rock and its stability of corresponding step,the results proved the model

was right and reasonable,it references for rock rheology instability phenomenon theory．Key words :xiyuan model;damage;nonlinear;acceleration creep

[收稿日期]2015-11-30

[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2016．04．001[基金项目]国家自然科学基金(51174002)

[作者简介]付腾飞(1992-),男,山西长治人,在读硕士研究生,研究方向为矿山压力与岩层控制三

[引用格式]

付腾飞,付宝杰．基于西原模型的非线性损伤蠕变模型[J ]．煤矿开采,2016,21(4):1-4．

一一岩石流变在岩石工程(如隧道工程二煤矿巷道支护)中普遍存在,其中许多破坏都因岩石流变破坏而引起,如:边坡的突然滑动二巷道的岩爆等,对岩石工程的长期稳定性和安全性有显著影响[1]三对于岩石流变的研究,现有的经典流变模型都只能描述岩石的线性衰减蠕变和稳定蠕变,不能同时描述岩石的加速蠕变和表现岩石的破坏特性,因此更多的研究人员建立能反映加速蠕变阶段的非线性流变方程,以进一步研究岩石的流变破坏三可以通过增加新的非线性元件或用非线性元件代替现有流变模型中的基本元件来建立非线性流变方程,如:胡波[2]等将可阶跃函数表示的开关元件和损伤元件引入CVISC 蠕变模型研究了岩石蠕变特性;陈沅江[3]等考虑裂隙塑性体和蠕变体,并将它们和虎克体及开尔文体相结合得到了一种能描述加速蠕变阶段的新的复合流变力学模型;袁林[4]等引入非线性TN 体与传统西原模型组合为

非线性黏弹塑性流变模型,更有效地描述了岩石的流变特性三也可以通过考虑经典流变模型中元件模型参数为非常定值串并联组合成来描述岩石蠕变全过程的新模型,如:丁志坤[5]在考虑参数为非定常的情况下,采用H -K 体的三元件模型更为准确地反映了岩石不同应力水平下的黏弹性变形性能;曹树刚[6]在分析岩石的全应力-应变曲线和蠕变曲线基础上,修正西原模型中的黏滞系数,建立了参数非线性蠕变型三

而在工程应用中,岩石材料的强度与该材料的流变特性和内部损伤机理是密切相关的[1]三不仅岩石材料本身非均匀性会导致加速蠕变,在外载荷作用下岩体内微观裂纹和空洞的发展而形成的损伤也同样会导致加速蠕变三事实上所谓岩石损伤就是外荷载作用下岩石内部微观结构的不断变形和调整,当结构变化到一定程度就会表现为岩石宏观上的失稳破坏三因此,很多学者将损伤引入蠕变研究

第21卷第4期(总第131期)

2016年8月煤一矿一开一采

COAL MINING TECHNOLOGY

Vol．21No．4(Series No．131)

August一2016