人工冻土分数阶导数应力-应变指数模型参数确定及验证

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. z1; pp. 285 - 294
• Main Authors: 姚兆明, 宋梓豪, 陈军浩, 左维亚
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 矿山地下工程教育部工程研究中心,安徽淮南 232001%矿山地下工程教育部工程研究中心,安徽淮南 232001 01.08.2024; 安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 232001; 福建工程学院土木工程学院,福建福州 350108
• Subjects: artificial frozen soil; index model; stress-strain curve; 分数阶导数; 应力-应变曲线; fractional derivative; 人工冻土; 指数模型
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1113

TU445; 人工冻土可看成是理想固体和理想流体以某种比例进行的勾兑,其力学特性既不符合胡克定律,也不遵守牛顿黏性定律,而是遵守介于它们之间的某种关系,分数阶导数能够很好地描述这种勾兑效应.对合肥膨胀土在不同冻结温度下进行单轴压缩试验,得到冻结温度对应力-应变的影响规律.将分数阶导数引入指数模型,将它改进为人工冻土单轴压缩下应力-应变分数阶指数模型.通过对建立的模型两边取自然对数,得到不同温度下应力-应变线性方程组,求解建立方程组确定出分数阶导数模型参数.为进一步验证所建立模型的适用性,引用一组南京冻结粉质黏土三轴剪切试验,在分数阶系数中考虑围压的影响,将它改进为能考虑围压影响的应力-应变分数阶指数模型.将改进的人工冻土应力-应变分数阶指数模型的计算结果与试验结果进行比较,结果表明:计算结果与试验结果吻合度较高,能准确地预测单轴压缩、三轴压缩剪切应力-应变曲线的变化趋势.改进后的分数阶导数模型参数较少且有明确的物理意义,便于工程应用.当前的模型仅仅适用于应变硬化型,为了能进一步描述应变软化型的力学特性,下一步将在模型中考虑损伤进而建立应变软化型分数阶指数模型.同时,如何在模型中反映冻土的结构性与各向异性对应力-应变的影响也将是下一步的研究内容.