基于應(yīng)變能的人工凍土分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)蠕變模型.pdf

1、人工凍土是一種粘彈性材料，在凍結(jié)法施工中掌握凍土的變形特性對(duì)安全建井至關(guān)重要。自我國(guó)在1955年首次采用凍結(jié)法鑿井取得成功以來，人工凍土法主要運(yùn)用于不穩(wěn)定含水地層的鑿井工程建設(shè)。近年來隨著機(jī)械化水平逐漸提高，我國(guó)礦井向深部開采的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，煤炭產(chǎn)國(guó)將要面臨煤礦深部開發(fā)所出現(xiàn)的工程問題。而對(duì)深厚的表土進(jìn)行人工凍結(jié)鑿井過程中也暴露出越來越多的工程問題，其中凍結(jié)壁變形過大造成凍結(jié)管的斷裂現(xiàn)象已日益引起人們的重視。此類現(xiàn)象的出現(xiàn)主要由于凍結(jié)壁

2、產(chǎn)生比較大的蠕變變形，凍結(jié)管發(fā)生彎曲變形，應(yīng)力集中造成的。所以，研究人工凍土的蠕變性質(zhì)對(duì)安全建井是非常必要的。本文正是基于對(duì)凍結(jié)黏土的蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)，建立其黏彈塑性分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)元件模型，利用粒子群算法對(duì)擬合的模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而分析預(yù)測(cè)凍結(jié)黏土的蠕變特性。
　　本文的研究的主要內(nèi)容有:通過對(duì)某礦井井孔檢查孔代表性地層土樣及其重塑土進(jìn)行室內(nèi)凍結(jié)抗壓強(qiáng)度和蠕變?cè)囼?yàn)獲取不同加載應(yīng)力下，各個(gè)負(fù)溫條件的蠕變?cè)囼?yàn)曲線;使用編程軟件對(duì)建立的蠕變模

3、型參數(shù)進(jìn)行識(shí)別優(yōu)化，從而得到蠕變模型的材料參數(shù);對(duì)蠕變模型計(jì)算值和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，判斷模型曲線與試驗(yàn)蠕變曲線是否很好的吻合，并預(yù)測(cè)其他條件下凍土的蠕變特性。
　　本文利用安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院凍土研究所自制的WDT-100型微機(jī)控制電液伺服凍土單軸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。對(duì)原狀土進(jìn)行三個(gè)溫度水平（-5℃、-10℃、-15℃），重塑土三個(gè)含水率、四個(gè)溫度水平（-4℃、-8℃、-12℃、-16℃）的單軸抗壓試驗(yàn)，得出其單軸抗壓強(qiáng)度

4、σs。再對(duì)原狀土和重塑土相應(yīng)溫度水平下分別進(jìn)行三個(gè)加載系數(shù)(0.3σs、0.5σs、0.7σs)條件下的單軸蠕變?cè)囼?yàn)，獲得了其蠕變曲線。通過對(duì)于本文研究的凍結(jié)砂質(zhì)粘土的大量蠕變曲線的比較分析發(fā)現(xiàn)該類材料的蠕變曲線屬于非衰減蠕變，由非穩(wěn)定蠕變、穩(wěn)定蠕變和加速蠕變?nèi)糠纸M成。基于傳統(tǒng)的伯格斯模型不能描述凍土加速蠕變，本文運(yùn)用分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的性質(zhì)，建立了分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的伯格斯模型和基于應(yīng)變能理論的分?jǐn)?shù)階伯格斯模型，同時(shí)利用粒子群的方法對(duì)兩種伯格斯模型