本发明专利技术提供考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法及装置，能够准预测胶结充填体的蠕变失稳情况。方法包括：步骤1、对待预测的胶结充填体试样进行蠕变试验，获取不同应力水平下的多组蠕变试验数据，每组蠕变试验数据对应一个应力水平下试样随时间变化的系列应变数据；步骤2、将蠕变试验数据带入以下考虑硬化损伤协同效应的本构方程中，进行拟合，得到其余参数；步骤3、预测和判断胶结充填体的蠕变特征与是否达到蠕变失稳临界状态；基于胶结充填体蠕变损伤临界预测方程和胶结充填体蠕变硬化临界预测方程确定胶结充填体蠕变硬化失稳临界预测指数μ1和损伤失稳临界预测指数μ2，然后根据μ1和μ2的值进行预测和判断。断。断。
【技术实现步骤摘要】
考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法及装置
[0001]本专利技术属于岩石工程
，具体涉及一种考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法及装置。
技术介绍
[0002]充填采矿法以其资源回收率高，能有效防止因开采引起的地表活动，更有利于环保和安全等优点逐渐得到重视和大量应用，且其是随工作面的推进，用充填料充填采空区，以便进行地压管理、控制围压崩落和地表沉降，并为回采工作创造安全和方便的条件，胶结充填体作为人工矿柱，是矿山安全开采的重要保障，在采场中长期支撑覆岩，其蠕变特性直接关乎工程长期稳定性，能准确有效的探究出胶结充填体蠕变特征非常有意义。
[0003]胶结充填体在恒定荷载受力过程中材料会发生硬化，同时发生一定程度的破坏损伤，产生复杂的协同效应，该效应决定了胶结充填体蠕变过程。但现有方法未能同时考虑硬化和损伤对材料的影响，仅根据单一因素对材料失稳进行预测，不能够充分体现和反映胶结充填体的实际蠕变过程，因而无法做到精准预测。
技术实现思路
[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法及装置，能够准预测胶结充填体的蠕变失稳情况。
[0005]本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：
[0006]<方法>
[0007]本专利技术提供一种考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1、对待预测的胶结充填体试样进行蠕变试验，获取不同应力水平下的多组蠕变试验数据，每组蠕变试验数据对应一个应力σ水平下试样随时间t变化的系列应变ε数据；
[0009]步骤2、将步骤1获取的各组蠕变试验数据带入以下考虑硬化损伤协同效应的本构方程中，进行拟合，得到其余参数；
[0010][0011]式中，η为粘滞系数，C、β、r为与硬化性能相关的材料常数，E0为初始弹性模量，α为损伤函数中的损伤因子；
[0012]步骤3、预测和判断胶结充填体的蠕变特征与是否达到蠕变失稳临界状态；考虑胶结充填体蠕变硬化效应的方程：
[0013][0014]考虑胶结充填体蠕变损伤效应的方程：
[0015][0016]式中，Δε1为蠕变硬化应变增长量，Δε2为蠕变损伤应变增长量，Δε1与Δε2的差值等于单位时间内应变增长总量Δε。
[0017]基于以上方程可获得表征胶结充填体蠕变硬化效应指数μ1和损伤效应指数μ2：
[0018][0019][0020]根据μ1和μ2的值进行预测和判断。
[0021]优选地，根据μ1、μ2预测和判断胶结充填体的蠕变特征与失稳临界状态：根据μ1与μ2，得出考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳临界预测指数μ＝μ1+μ2，当μ≥3.570时，此时胶结充填体由于蠕变硬化与损伤的持续协同效应，预测和判断胶结充填体进入了失稳临界状态；当μ1＞μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变硬化效应占据主导，当μ1＝μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变硬化效应与损伤效应相互抵消，当μ1<μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变损伤效应占据主导。
[0022]优选地，本专利技术提供的考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，蠕变试验应获取使试样不完全破坏的一般应力水平下的至少一组数据和使试样完全破坏的极限应力水平下的至少一组数据，并且每一应力水平至少取20个试验数据点；在一般应力水平下，0～2h内平均每10～15分钟取一个试验数据，在2h～8h之间，平均每30～40分钟取一个试验数据；在极限应力水平下，平均每10～15分钟取一个试验数据，直到试样完全破坏。
[0023]<装置>
[0024]进一步，本专利技术还提供一种考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测装置，其特征在于，包括：
[0025]试验数据获取部，获取待预测的胶结充填体试样不同应力水平下的多组蠕变试验数据，每组蠕变试验数据对应一个应力σ水平下试样随时间t变化的系列应变ε数据；
[0026]拟合部，将试验数据获取部获取的各组蠕变试验数据带入以下考虑硬化损伤协同效应的本构方程中，进行拟合，得到其余参数；
[0027][0028]式中，η为粘滞系数，C、β、r为与硬化性能相关的材料常数，E0为初始弹性模量，α为损伤函数中的损伤因子；
[0029]预测部，预测和判断胶结充填体的蠕变特征与是否达到蠕变失稳临界状态。
[0030]考虑胶结充填体蠕变硬化效应的方程：
[0031][0032]考虑胶结充填体蠕变损伤效应的方程：
[0033][0034]式中，Δε1为蠕变硬化应变增长量，Δε2为蠕变损伤应变增长量，Δε1与Δε2的差值等于单位时间内应变增长总量Δε；
[0035]基于以上方程可获得表征胶结充填体蠕变硬化效应指数μ1和损伤效应指数μ2；
[0036][0037][0038]根据μ1和μ2的值进行预测和判断。
[0039]控制部，与试验数据获取部、拟合部、预测部均通信相连，控制它们的运行。
[0040]优选地，本专利技术提供的考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测装置，还可以包括：输入显示部，与试验数据获取部、拟合部、预测部、控制部均通信相连，用于让用户输入操作指令，并进行相应显示。
[0041]优选地，本专利技术提供的考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测装置，还可以具有以下特征：输入显示部能够对试验数据获取部获取的试验数据以列表或者曲线图的方式进行显示，还能够对拟合部的拟合情况进行显示，并能够对预测部的预测结果进行显示。
[0042]优选地，根据μ1、μ2预测和判断胶结充填体的蠕变特征与失稳临界状态：根据μ1与μ2，得出考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳临界预测指数μ＝μ1+μ2，当μ≥3.570时，此时胶结充填体由于蠕变硬化与损伤的持续协同效应，预测和判断胶结充填体进入了失稳临界状态；当μ1＞μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变硬化效应占据主导，当μ1＝μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变硬化效应与损伤效应相互抵消，当μ1<μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变损伤效应占据主导。
[0043]优选地，本专利技术提供的考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测装置，还可以具有以下特征：在所述试验数据获取部中，蠕变试验应获取使试样不完全破坏的一般应力水平下的至少一组数据和使试样完全破坏的极限应力水平下的至少一组数据，并且每一应力水平至少取20个试验数据点；在一般应力水平下，0～2h内平均每10～15分钟取一个试验数据，在2h～8h之间，平均每30～40分钟取一个试验数据；在极限应力水平下，平均每10～15分钟取一个试验数据，直到试样完全破坏。
[0044]专利技术的作用与效果
[0045]本专利技术通过以上方法，在胶结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对待预测的胶结充填体试样进行蠕变试验，获取不同应力水平下的多组蠕变试验数据，每组蠕变试验数据对应一个应力σ水平下试样随时间t变化的系列应变ε数据；步骤2、将步骤1获取的各组蠕变试验数据带入以下考虑硬化损伤协同效应的本构方程中，进行拟合，得到其余参数；式中，η为粘滞系数，C、β、r为与硬化性能相关的材料常数，E0为初始弹性模量，α为损伤函数中的损伤因子；步骤3、预测和判断胶结充填体的蠕变特征与是否达到蠕变失稳临界状态；考虑胶结充填体蠕变硬化效应的方程：考虑胶结充填体蠕变损伤效应的方程：式中，Δε1为蠕变硬化应变增长量，Δε2为蠕变损伤应变增长量，Δε1与Δε2的差值等于单位时间内应变增长总量Δε；基于以上方程获得表征胶结充填体蠕变硬化效应指数μ1和损伤效应指数μ2：：根据μ1和μ2的值进行预测和判断。2.根据权利要求1所述的考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法，其特征在于：其中，在步骤3中，根据μ1与μ2，得出考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳临界预测指数：μ＝μ1+μ2，当μ≥3.570时，此时胶结充填体由于蠕变硬化与损伤的持续协同效应，
预测和判断胶结充填体进入了失稳临界状态；当μ1＞μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变硬化效应占据主导，当μ1＝μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变硬化效应与损伤效应相互抵消，当μ1<μ2时，预测和判断胶结充填体此时的蠕变损伤效应占据主导。3.根据权利要求1所述的考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测方法，其特征在于：其中，在步骤1中，蠕变试验应获取使试样不完全破坏的一般应力水平下的至少一组数据和使试样完全破坏的极限应力水平下的至少一组数据，并且每一应力水平至少取20个试验数据点；在一般应力水平下，0～2h内平均每10～15分钟取一个试验数据，在2h～8h之间，平均每30～40分钟取一个试验数据；在极限应力水平下，平均每10～15分钟取一个试验数据，直到试样完全破坏。4.考虑硬化损伤协同效应的胶结充填体蠕变失稳预测装置，其特征在于，包括：试验数据获取部，获取待预测的胶结充填体试样不同应力水平下的多组蠕变试验数据，每组蠕变试验数据对应一个应力σ水平下试样随时间t变化的系列应变ε数据；拟合部，将所述试验数据获取部获取的各组蠕变试验数据带入以下考虑硬化损伤协同...
【专利技术属性】
技术研发人员：程爱平，付子祥，王平，谢思航，杜澳宇，李鑫鹏，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：
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