冻结粘土力学特性及压缩蠕变模型研究

作     者：连梦林 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚兆明

授予年度：2019年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：冻结粘土 力学特性 伯格斯模型 分数阶导数 

摘      要：近些年,我国加大对西部冻土地区的开发,人工冻土施工技术被广泛应用于煤矿开采等工程建设中。由此在建设过程中出现了各种关于冻土方面问题,给工程带来了巨大的经济损失。因此对冻土的力学特性进行研究具有十分重要的意义,进行冻土方向的相关研究迫在眉睫。本文以山西某煤矿下冻结粘土为研究对象,利用安徽理工大学冻土研究所的相关仪器进行试验,对冻结粘土的力学性质进行了研究,并建立了分数阶导数伯格斯蠕变模型,对试验结果进行拟合分析。利用安徽理工大学冻土研究实验室的冻土直接剪切试验机对重塑粘土进行温度分别为-3℃、-6℃、-12℃条件下的冻结直接剪切试验,获得了冻结粘土在各个温度下的抗剪强度指标。分析了温度对冻结粘土剪切特性的影响。利用自行加工的模具,在冻土单轴试验机上对冻结温度分别为-5℃、-10℃、-15℃,含水率分别为10%、15%、20%条件下的重塑粘土进行了一维侧限压缩试验。绘制了各个条件下冻结粘土压缩的应力-应变变化曲线,分析了温度、含水率两因素对其压缩特性的影响规律。建立了冻结粘土的压缩蠕变伯格斯模型,利用模拟退火算法进行了拟合。对比压缩蠕变的试验数据,所建立的模型可以较好的反映冻土的蠕变特性,但是当时间足够长时,拟合值与实际试验值会产生严重偏离的情况。由此引入分数阶导数,建立了分数阶导数伯格斯模型,发现该模型可以在足够长的时间内较好的反映实际试验值,相关系数较高,可以满足工程实际与相关研究的需求,为冻土本构关系的研究提供一种新方法。图31表5参72