胶结充填体蠕变特性研究：应力、损伤与本构模型

"考虑应力水平和损伤的胶结充填体蠕变特性及本构模型研究" 本文主要探讨了胶结充填体在充填采矿法中的蠕变特性及其对矿山安全开采的影响。胶结充填体是采矿过程中常用的一种材料，它在长时间的荷载环境下会发生蠕变，即在恒定应力作用下的缓慢变形，这对矿井的稳定性至关重要。研究人员通过实验手段，包括单轴压缩、分级蠕变和声发射监测试验，深入研究了胶结充填体的蠕变行为。 实验部分，利用WDW-100kN型微机控制电子万能试验机和DS2系列全信息声发射监测系统，对胶结充填体标准试样进行了一系列测试。这些试验揭示了在不同应力水平下，胶结充填体的蠕变变形规律，以及与之相关的声发射特征参数。声发射是一种无损检测技术，可以通过监测材料内部应力释放产生的声波活动，来评估材料的损伤状态。 研究发现，胶结充填体在不同应力水平下的蠕变有三个阶段：减速、等速和加速。依据蠕变速度，可以将应力水平分为三类。在减速蠕变阶段，声发射活动较为频繁，可能预示着材料内部微结构的初始损伤；稳定蠕变阶段，声发射活动减少，材料处于相对稳定的状态；而在加速蠕变阶段，声发射事件激增，意味着材料的破坏加剧。 此外，通过对比单轴压缩试验，研究发现蠕变破坏过程相比直接压缩破坏更为平缓，主裂纹的扩展方向更具有连续性。这表明蠕变过程中，胶结充填体的损伤累积是一个渐进的过程。 考虑到应力水平和损伤的影响，文章提出了一种改进的Burgers模型，该模型引入了损伤变量、新的二次黏性元件和开关元件，以更好地描述不同应力水平下胶结充填体的蠕变变形规律。通过对比实验数据，验证了改进模型的有效性。 这项研究为理解和预测胶结充填体在矿山环境中的长期行为提供了重要的理论基础，对于改善矿山安全管理和优化充填工艺具有重要意义。同时，提出的改进Burgers模型也为材料的本构关系研究提供了新的视角和工具。