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安全建井至關(guān)重要。自我國在1955年首次采用凍結(jié)法鑿井取得成功以來，人工凍土法主要運用于不穩(wěn)定含水地層的鑿井工程建設(shè)。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(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)對安全建井是非常必要的。本文正是基于對凍結(jié)黏土的蠕變試驗數(shù)據(jù)，建立其黏彈塑性分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)元件模型，利用粒子群算法對擬合的模型參數(shù)進行優(yōu)化，從而分析預(yù)測凍結(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(jié)抗壓強度和蠕變試驗獲取不同加載應(yīng)力下，各個負(fù)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(jié)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(yù)測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型微機控制電液伺服凍土單軸試驗機進行力學(xué)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(yīng)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(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?；趥鹘y(tǒng)的伯格斯模型不能描述凍土加速蠕變，本文運用分?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，同時利用粒子群的方法對兩種伯格斯模型