巷道底板砂岩三轴压缩蠕变试验与分数阶模型-论文

解决传统非线性蠕变模型不能反映模型参数的损伤时效问题，采用西安科技大学和长春朝阳试验仪器有限公司联合研制的高温三轴流变试验机对煤矿巷道底板软砂岩试样进行了三轴压缩蠕变实验，得到软砂岩在三轴压缩下的蠕变变形规律和破坏特征。基于分数阶微分理论，考虑模型参数的损伤时效，通过引入损伤变量，推导得到了一维四元件非定常分数阶蠕变损伤模型和三维模型，并对模型参数进行了敏感性分析，参数β变化可描述砂岩的不同阶段的变形特点，参数α可描述砂岩随时间的损伤规律。根据蠕变试验数据，采用粒子群算法和最小二乘法对分数阶模型参数进行了辨识，将试验曲线、分数阶模型与Burgers模型曲线进行了对比分析，验证了模型的正确性和优越性。研究结果表明，随着底板软砂岩的偏应力水平增大，瞬时应变、蠕变变形、蠕变速率及损伤程度也随着增大，巷道底板的偏应力水平是控制软砂岩变形的关键因素；建立的非定常分数阶蠕变损伤模型能够准确描述巷道底板软砂岩的衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变的变形特征，尤其描述软砂岩加速段变形规律具有一定的优势，与传统的Burgers模型相比，且具有参数少，并能反映不同阶段模型参数损伤规律的特点。研究结果对相关工程具有