[發明專利]一種延期突出煤的蠕變本構及其數值化實現技術

在審

• 申請號: 201711304456.7
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107977521A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 趙志根;魯海峰;王妍;尹前鋒;蔣正;曹力
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11465
• 代理人: 李冉

技術領域

本發明涉及地質及安全工程技術領域，尤其是涉及一種延期突出煤的蠕變本構及其數值化實現技術。

背景技術

延期突出是煤與瓦斯突出現象的一種，一般滯后于采掘爆破數小時，具有延時性和隱蔽性的特點。

關于煤與瓦斯延期突出的研究，國內外研究成果較少，其發生機理尚不明確。近年來，部分學者認識到延期突出往往和煤的蠕變性質有關，尹光志(2008)、王登科(2009)、蔣長寶(2011)等眾多學者采用自行研制的含瓦斯煤巖蠕變實驗裝置，對煤的蠕變特性進行了大量的試驗研究，獲取了瓦斯壓力、圍壓、軸壓等對含瓦斯煤蠕變性質影響的信息，并提出了適用于描述突出煤層的蠕變本構模型。以上研究成果豐富了煤的蠕變理論，為運用蠕變理論來揭示煤與瓦斯延期突出機理奠定了理論基礎。

但前期成果一般只是根據煤巖蠕變試驗結果推導出相應蠕變理論模型，但并沒有將其數值化，在實際運用中還存在著諸多不便。同時前期研究成果的蠕變本構模型在同時分析加速蠕變階段以及煤體的彈-粘-塑性方面還有待進一步的研究。

因此研究出一種延期突出煤的蠕變本構及其數值化實現技術，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種延期突出煤的蠕變本構及其數值化實現技術，建立了延期突出煤的非線性粘彈塑性蠕變本構模型，可為后續分析采煤或巷道揭煤過程中煤的應變與時間的變化規律，揭示其突出機理，為煤礦延期突出危險性預計提供了理論指導。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種延期突出煤的蠕變本構及其數值化實現技術，包括如下步驟：

1)通過蠕變試驗獲取不同圍壓和不同加載水平的蠕變特征曲線；

2)建立延期突出煤的蠕變本構模型；

3)蠕變本構模型參數求取及方程驗證；

4)蠕變本構模型的數值化及驗證。

采用上述技術方案的有益效果：本發明中的蠕變本構模型能夠全面的描述煤蠕變過程各個階段的相應特性，特別是關于加速蠕變階段和突出煤的非線性粘塑性特征方面的描述，解決了典型蠕變本構模型只能描述煤樣粘彈特性的缺陷，同時通過數值化和相關驗證，增強了本發明的技術方案的可行性和準確性。

進一步地，所述步驟1)中具體包括以下步驟：通過三軸蠕變試驗獲取煤樣的蠕變試驗加載水平；在此基礎上對煤樣進行不同圍壓和不同加載水平的三軸蠕變試驗，并獲取相應的蠕變試驗曲線。

其中三軸蠕變試驗具體步驟如下：

①首先施加圍壓至預設值。

②然后緩慢增加軸壓至一預設水平后保持軸壓不變，開始蠕變試驗，當樣品變形已穩定24小時以上或樣品已被破壞時，試驗結束。

采用上述技術方案的有益效果：三軸蠕變試驗能精確地獲得每樣的蠕變試驗加載水平，再通過不同圍壓和不同加載水平的三軸蠕變試驗，從多方面地獲得試驗的相關數據，減小了試驗誤差，進一步增強了本發明技術方案的準確性。

進一步地，所述的步驟2)中還具體包括以下步驟：根據所述蠕變試驗結果，提出將非粘性元件和塑性元件并聯，構建一個加速蠕變本構模型，將所述加速蠕變本構模型與傳統的Burges模型串聯，建立一個能描述延期突出煤非線性粘-彈-塑性特性的蠕變本構模型，并給出蠕變本構方程的具體表達式。

采用上述技術方案的有益效果：彌補了傳統蠕變模型的缺陷，能獲得不同連接方式時的蠕變本構模型的本構方程式具有表達式，使本技術方案更加完善，為下一步驟作出了充足的準備。

進一步地，所述的步驟3)中還具體包括以下步驟：采用Mat l ab軟件的優化工具箱，運用最小二乘法對蠕變本構方程中的參數進行擬合，確定蠕變本構模型的參數，將所述蠕變本構模型的參數與蠕變試驗曲線進行對比，驗證參數的準確性。

采用上述技術方案的有益效果：最小二乘法通過最小化誤差的平方和來尋找數據的最佳函數匹配，通過最小二乘法來對參數進行擬合能有效減小誤差，通過本技術方案計算所得的參數與試驗所得的曲線進行對比，能進一步驗證所得參數的準確性，從而判斷本發明的技術方案是否準確可行。

進一步地，所述的步驟4)中還具體包括以下步驟：為便于本次建立的蠕變本構模型的數值化，需給出蠕變本構方程的差分形式，運用C++語言將所述蠕變本構模型嵌入到仿真計算軟件中，形成所述仿真計算軟件能調用的動態鏈接庫文件，依據所述蠕變本構模型，對單軸壓縮蠕變進行數值求解，將數值求解獲取的蠕變曲線與理論求解的結果進行對比從而達到驗證的目的。