基于應變能的人工凍土分數(shù)階導數(shù)蠕變模型.pdf

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

2、產(chǎn)生比較大的蠕變變形，凍結管發(fā)生彎曲變形，應力集中造成的。所以，研究人工凍土的蠕變性質(zhì)對安全建井是非常必要的。本文正是基于對凍結黏土的蠕變試驗數(shù)據(jù)，建立其黏彈塑性分數(shù)階導數(shù)元件模型，利用粒子群算法對擬合的模型參數(shù)進行優(yōu)化，從而分析預測凍結黏土的蠕變特性。
　　本文的研究的主要內(nèi)容有:通過對某礦井井孔檢查孔代表性地層土樣及其重塑土進行室內(nèi)凍結抗壓強度和蠕變試驗獲取不同加載應力下，各個負溫條件的蠕變試驗曲線;使用編程軟件對建立的蠕變模

3、型參數(shù)進行識別優(yōu)化，從而得到蠕變模型的材料參數(shù);對蠕變模型計算值和試驗結果進行對比，判斷模型曲線與試驗蠕變曲線是否很好的吻合，并預測其他條件下凍土的蠕變特性。
　　本文利用安徽理工大學土木建筑學院凍土研究所自制的WDT-100型微機控制電液伺服凍土單軸試驗機進行力學性能試驗。對原狀土進行三個溫度水平（-5℃、-10℃、-15℃），重塑土三個含水率、四個溫度水平（-4℃、-8℃、-12℃、-16℃）的單軸抗壓試驗，得出其單軸抗壓強度

4、σs。再對原狀土和重塑土相應溫度水平下分別進行三個加載系數(shù)(0.3σs、0.5σs、0.7σs)條件下的單軸蠕變試驗，獲得了其蠕變曲線。通過對于本文研究的凍結砂質(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，本文運用分數(shù)階導數(shù)的性質(zhì)，建立了分數(shù)階導數(shù)的伯格斯模型和基于應變能理論的分數(shù)階伯格斯模型，同時利用粒子群的方法對兩種伯格斯模型