Нелинейная энергетическая модель и стресс

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8456 (2023) Цитировать эту статью

284 доступа

Подробности о метриках

Связь между деформацией и упругой энергией упрощается за счет введения параметра напряженного состояния, основанного на обобщенном законе Гука. Предполагается, что прочность микроэлементов удовлетворяет распределению Вейбулла, и разработана новая модель нелинейной эволюции энергии путем введения концепции прочности микроэлементов горных пород. На этой основе проводится анализ чувствительности параметров модели. Результаты показывают, что модель хорошо согласуется с экспериментальными данными. Модель близка к законам деформации и разрушения горных пород и способна отражать взаимосвязь между упругой энергией и деформацией горных пород. По сравнению с другими модельными кривыми модель этой статьи больше подходит для экспериментальной кривой. Они показывают, что улучшенная модель может лучше описать взаимосвязь напряжения и деформации горных пород. Наконец, согласно анализу влияния параметра распределения на характер изменения упругой энергии горной породы, величина параметра распределения может непосредственно отражать пиковую энергию горной породы.

Процесс деформации и разрушения горных пород – это процесс выделения, трансформации и диссипации энергии, приводящий к разбалансировке исходного устойчивого состояния горной породы1. В практической инженерии строительство подземной электростанции, проходка тоннелей, добыча угля и другие инженерные сооружения разрушают исходное равновесное состояние горных пород2,3. Это приведет к нестабильности и разрушению породы. Во время строительства этих проектов энергия внутри скалы постоянно развивается. Добыча полезных ископаемых и раскопки в результате деятельности человека представляют собой процесс ввода внешней энергии в породу. Строительные мероприятия, такие как усиление и поддержка подземных сооружений, можно понимать как преобразование и передачу энергии горных пород4. Деформация и разрушение горных пород рассеиваются или выделяются в различных формах энергии, таких как тепловая энергия, кинетическая энергия и энергия излучения. Видно, что исследование процесса деформации и разрушения горных пород с точки зрения энергетики ближе к инженерной практике и сущности разрушения горных пород. Поэтому выявление закона изменения энергии в процессе разрушения горных пород может дать важную теоретическую поддержку для строительства водоохранных проектов5. С увеличением количества высокозаглубленных подземных проектов добыча и раскопки глубоких пород стали нормой. В сложном напряженном состоянии горного материала критерий разрушения горной породы является комплексным6. Ее конститутивная модель ущерба становится очень сложной и изменчивой. Учитывая, что энергетический привод является сутью разрушения горных пород, изучение конститутивной модели горных пород с точки зрения энергии может снизить сложность конститутивной модели повреждения7. Он также может полностью показать процесс деформации и разрушения каменных материалов. Создание энергетической конститутивной модели горных пород может углубить понимание сущности процесса разрушения материала горных пород. Результаты исследования могут быть применены к более широкому кругу материалов8.

Процесс деформирования массива горных пород сопровождается изменением энергии, а энергия является основной внутренней причиной окончательного повреждения забивочного материала. Упругая энергия, накопленная в породе во время процесса нагрузки, высвобождается в достаточной степени, чтобы вызвать повреждение. В процессе разрушения песчаника при различных давлениях процесс накопления упругой энергии имеет закономерные характеристики9,10. Процесс разрушения горных пород изучен с энергетической точки зрения. Конечная цель – раскрыть механизм энергетической эволюции разрушения горных пород и найти метод прогнозирования разрушения горных пород, основанный на энергетическом принципе11. На основе накопления энергии и характеристик эволюции процесса разрушения песчаника при различных траекториях напряжений установлена ​​энергетическая нелинейная модель эволюции процесса разрушения горных пород и дан энергетический критерий прогнозирования разрушения горных пород12.