[发明专利]一种矿井水浸泡后的承载煤岩体和充填体损伤本构模型建立方法

说明书

本发明公开了一种矿井水浸泡后的承载煤岩体和充填体损伤本构模型建立方法，属于地下工程岩石力学领域，适用于分析矿井水浸泡后的煤岩体和充填体承载力学问题。包括以下步骤：选择本构模型；确定模型参数；将各参数代入本构模型方程式中，确定本构模型方程式。本发明改正了传统统计损伤本构模型绘制的应力应变曲线压密阶段与试验曲线差别较大的缺点，分析了其化学腐蚀后的力学特性，引入了化学损伤参数定量地表征其力学参数，创新性地将压密阶段和后续阶段分开表示，构建了带化学损伤参数接口的分段式损伤本构模型。本发明丰富了地下工程岩石力学理论，为壁式连采连充高效开采提供理论参考。

技术领域

本发明涉及地下工程岩石力学领域，尤其涉及一种矿井水浸泡后的承载煤岩体和充填体损伤本构模型建立方法。

背景技术

矿井水长期浸泡后的充填体和煤岩体力学参数会发生变化，对充填体隔离煤柱、支撑煤柱等的稳定性会产生显著影响。近年来，关于水化学溶液对煤岩体和充填体力学性能影响的研究取得了很多的成果。然而，以往建立的煤岩体和充填体损伤本构模型仅仅考虑了含水率的影响，而关于化学溶液腐蚀后煤岩体和充填体的损伤本构模型少有报道。由于化学溶液的腐蚀作用，煤岩体和充填体应力应变曲线初始压密阶段较为显著，采用传统的统计损伤本构模型绘制的应力应变曲线压密阶段与试验曲线差别较大。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种矿井水浸泡后的承载煤岩体和充填体损伤本构模型建立方法，改正了传统统计损伤本构模型绘制的应力应变曲线压密阶段与试验曲线差别较大的缺点，分析了其化学腐蚀后的力学特性，引入了化学损伤参数定量地表征其力学参数，创新性地将压密阶段和后续阶段分开表示，构建了带化学损伤参数接口的分段式损伤本构模型。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种矿井水浸泡后的承载煤岩体和充填体损伤本构模型建立方法，包括如下步骤：

采用Weibull分布描述煤岩体和充填体强度的随机统计分布的规律，则煤岩体和充填体材料的微元破坏的概率密度函数为：

式中F₀为微元强度的随机分布变量，m为分布函数的形状因子，ε为承载过程中的应变；通过矿井水浸泡后煤岩体和充填体承载试验获取抗压强度σ_c、峰值应变ε_c、弹性模量E与化学损伤参数D_ch的拟合曲线，a,b,c,d,e,f为相应拟合曲线参数，表达式为：

构建由化学损伤参数表征的矿井水浸泡后煤岩体和充填体的分段式损伤本构模型：

m＝{ln[(e-fD_ch)(c+dD_ch)/(a-bD_ch)]}^-1

式中σ和ε分别为承载过程中的应力和应变，σ_A和ε_A分别为压密阶段最大应力和最大应变，σ_p为残余强度，ε_c为承载过程中应变的峰值，D_ch为化学损伤参数。

进一步的，矿井水浸泡后煤岩体和充填体承载试验方法如下：

配置n种PH值的电解质溶液，将岩样放入调制好的不同PH值的溶液中进行浸泡，记录溶液PH值变化和岩样的质量变化，前期每隔t小时记录一次，当其趋于稳定时一天记录一次；在浸泡过程中，对岩样质量及其孔隙率的变化进行测量，测量时间间隔根据溶液PH值变化速率而确定；当溶液PH值的变化在一段时间内趋于稳定，即认为水岩相互作用达到了稳定状态；浸泡后对所有岩样进行常规承载实验，实验采用等位移的加载方式。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：