白垩系冻结砂岩解冻过程中蠕变力学特性研究

摘要

立井冻结壁施工完成后会经历长时间的解冻过程,在长期荷载作用下会产生蠕变变形,冻结岩石解冻过程中的蠕变行为是控制冻结壁长期稳定的关键问题。以甘肃新庄煤矿回风立井冻结工程为背景,分析白垩系冻结砂岩解冻过程中的蠕变力学特性,同时采用核磁共振技术检测解冻过程中孔隙水含量的变化,分析未冻水与砂岩强度的关系,并基于分数阶理论,建立非线性蠕变本构方程。结果表明:岩石中孔隙水主要包括自由水、毛细水和吸附水3种形式,在常温下主要以自由水形式存在,在低温下主要以吸附水状态存在;冻结砂岩解冻过程中长期强度随温度升高逐渐降低,约为常规三轴压缩强度的45%~51%,且在-4℃时有突变现象;冻结砂岩长期强度与未冻水含量关系密切,呈指数函数关系;冻结砂岩的蠕变破坏主要是应力场、化学势场和渗流场三场耦合的作用,其中应力场起主导作用;根据冻结砂岩解冻过程中的蠕变变形特性,引入分数阶函数,基于分数阶理论建立相应的非线性蠕变方程。研究成果可为评价冻结壁解冻诱发失稳破坏提供理论支撑和技术支持。