煤矿软岩流变试验与非线性分数阶蠕变模型研究

"软岩现场流变试验及非线性分数阶蠕变模型-论文" 软弱岩体的力学特性是地质工程领域中一个至关重要的研究主题，特别是在矿井巷道设计与稳定性分析中。软岩的流变行为，即随着时间推移而发生的缓慢变形，对巷道围岩的长期稳定性有着显著影响。为了更准确地预测和控制这种行为，科研人员进行了软弱岩体的现场流变试验，并基于这些试验结果开发了新的非线性分数阶蠕变模型。 现场流变试验通常涉及到对软弱岩体进行分级加载，通过观察其在不同应力水平下的蠕变响应。试验发现，岩体的蠕变行为受加载应力的影响，存在一个加速蠕变的应力阈值。当应力小于这个阈值时，岩体会经历衰减蠕变和稳定蠕变阶段，而不会进入加速蠕变阶段。相反，如果应力超过阈值，岩体会经历完整蠕变过程，包括衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变，最终可能导致破坏。加速蠕变的启动时间点也与应力水平有关。 为了更好地描述这种复杂的行为，研究人员引入了分数阶微积分理论。传统的Burgers流变模型中包含一个粘弹性体（即Kelvin体），但在软岩研究中，研究人员用Abel黏壶元件替换它，以模拟更精细的流变特性。然后，他们将非线性黏塑性体（NAVPB）与改进后的Burgers模型串联，形成了非线性分数阶蠕变模型。此模型简化了结构，同时能更精确地反映岩体在加速蠕变阶段的变形特征。 通过对现场岩体流变试验数据的参数拟合与模型对比，非线性分数阶蠕变模型被证明比传统的Burgers模型更具优势。模型能够更有效地捕捉到软弱岩体在不同应力状态下的流变行为，尤其是在加速蠕变阶段，从而为矿井巷道的设计和稳定性评估提供了更可靠的理论基础。 此外，本文还提及了其他相关的研究，如地应力分布规律、冲击危险评价、煤层群开采的应力控制、无煤柱自成巷开采技术、岩石裂隙扩展规律、微震信号处理、地应力反演、岩爆声发射信号分析、散煤注浆固结、页岩超临界CO2压裂、煤体非线性蠕变本构模型以及砂层渗透注浆加固效果等，这些都是在深部采矿和岩土工程领域的重要研究方向，进一步丰富了我们对地下结构稳定性的理解。 软弱岩体的现场流变试验和非线性分数阶蠕变模型的研究不仅深化了我们对软岩流变特性的认识，也为实际工程应用提供了科学依据，有助于提高矿井巷道的安全性和持久性。