新锐特刊程爱平副教授考虑应力水平和损

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创新点(1)基于声发射监测技术,从宏细观角度探讨了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形和破坏特征。(2)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。作者程爱平1,2,3,戴顺意1,2,舒鹏飞1,2,付子祥1,2,黄诗冰1,2,叶祖洋1,2单位1.武汉科技大学资源与环境工程学院;2.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;3.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研究背景充填采矿法由于资源采出率高,能有效防止围岩崩落和地表塌陷,符合绿色矿山建设要求,应用愈来愈广泛。胶结充填体作为两步骤回采中的人工矿柱,其稳定性对矿山正常生产起到至关重要的作用。作为人工矿柱的胶结充填体的破坏并不是一开始就产生,而是在回采过程中,由于应力重分布或工程地质条件恶化而使充填体变形随时间推移逐步发展,最终导致充填体由局部损伤发展至整体失稳。大量的工程实践表明,充填体的破坏与失稳过程具有明显的时间效应,其蠕变特性是导致这些工程充填体出现“时滞性”破坏现象的一个主要原因。因此,开展胶结充填体的蠕变特性研究具有重要的工程意义。摘要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-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。部分图片粒径分布试验系统陈氏法示意典型试样不同应力水平下蠕变曲线不同应力水平下试样CA蠕变速率曲线不同应力水平下试样CA声发射特征曲线2种试验下典型试样表面破坏形式对比2种试验下典型试样声发射特征对比2种Burgers模型变形模量随时间、应力变化不同应力水平蠕变拟合曲线作者简介程爱平,男,年3月13日生,湖北仙桃人,副教授,硕士生导师,就职于武汉科技大学资源与环境工程学院。主持完成国家自然科学基金1项、湖北省自然科学基金1项、省部级重点实验室基金2项、企业横向课题1项,参与企业横向课题6项;获得湖北省科技进步“三等奖”1项,绿色矿山科技技术“二等奖”1项;以第一作者发表SCI/EI期刊论文11篇,授权发明专利2项;担任《中国矿业大学学报》中青年编委会委员、《金属矿山》青年专家学术委员会委员、中关村绿色矿山产业联盟青年技术委员会委员。研究方向胶结充填体力学性能主要成果致力于胶结充填体力学性能研究,阐明了胶结充填体裂纹扩展及汇集模式,揭示了荷载作用下胶结充填体内部裂纹演化机理,提出了考虑空隙压密非线性的胶结充填体损伤本构模型,构建了能表征不同应力水平胶结充填体蠕变的改进Burgers模型,研究结果为胶结充填体稳定性分析提供了理论依据。来源: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,,46(2):-.CHENGAiping,DAIShunyi,SHUPengfei,etal.Creepcharacteristicsandconstitutivemodelofcementedbackfillconsideringstressanddamage[J].JournalofChinaCoalSociety,,46(2):-.责任编辑:钱小静编辑整理:郭晓炜审核:常琛End往期精彩联系我们联系人:郭晓炜--邮箱:guoxiaowei

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