单轴压缩胶结充填体损伤破坏全程电热参数变化规律实验研究

Taking the influence of microstructure on macroscopic mechanical behavior into account, the damage mechanics, statistics, fractal geometry and other multi-disciplinary knowledge are resorted to study the microstructure evolution and the resistivity and temperature variation of cemented backfill subjected to uniaxial compression along the whole process. The high temperature fatigue experiment system with SEM is used to analyze the microstructure morphology and damage mechanism at different loading stages, and the resistivity and temperature are simultaneous monitored with the resistivity collection device and the thermal infrared imager apparatus. In combination of theoretical analysis and experiment research methods, the micro-mechanism of damage, the quantitative relationship between the microstructure parameters (porosity, fractal parameter, bore diameter and so on) and the macro-mechanics, the resistivity-temperature prediction criterion before failure are carried out. In this project, the macroscopic mechanical behavior, the relation between the resistivity and temperature with the inner microstructure parameter are firstly proposed. The quantitative relationship function of the microscopic structure change information of cemented backfill and its macroscopic mechanic behavior is planned to build. The sensitiveness and difference of precursory information about resistivity, temperature and stress-strain to the backfill before failure are going to comparative. Finally, the multi-parameters of early warning model of backfill before failure will be established.

考虑微观结构对宏观力学行为的影响，运用损伤力学、统计学、分形几何学等多学科知识，从理论和实验角度开展单轴压缩充填体损伤破坏全程微观结构演化机制及其电阻率、温度变化规律研究。运用带SEM高温疲劳实验系统对不同加载阶段充填体微观结构形貌特征及其贯通机制进行研究，并借助电阻率采集仪和红外热像仪同步监测充填体失稳破坏全程中的电阻率和温度变化信息。以理论分析和实验研究相互结合的方式开展充填体损伤破坏微观机制、微观结构参数（孔隙率、分形参数、孔径等）与宏观力学参数定量关系、失稳破坏前兆信息电热预测判据等内容的研究。本项目首先开展单轴压缩条件下充填体失稳破坏全程宏观力学行为、电阻率及温度信息与其内部微观结构参数关系研究，拟建立充填体微观结构变化信息与其宏观行为参数定量关系；对比分析充填体损伤破坏电阻率、温度以及应力应变前兆信息对同一事件的敏感度和差异性，最终建立充填体失稳破坏前兆信息多参数预警模型。

考虑微观结构对宏观力学行为的影响，运用损伤力学、统计学、分形几何学等多学科知识，从理论和实验角度开展单轴压缩充填体损伤破坏全程微观结构演化机制及其电阻率、温度变化规律研究。运用带SEM高温疲劳实验系统对不同加载阶段充填体微观结构形貌特征及其贯通机制进行研究，并借助电阻率采集仪和红外热像仪同步监测充填体失稳破坏全程中的电阻率和温度变化信息。以理论分析和实验研究相互结合的方式开展充填体损伤破坏微观机制、微观结构参数（孔隙率、分形参数、孔径等）与宏观力学参数定量关系、失稳破坏前兆信息电热预测判据等内容的研究。获得了单轴压缩条件下充填体失稳破坏全程宏观力学行为、电阻率及温度信息与其内部微观结构参数关系，建立了充填体微观结构变化信息与其宏观行为参数定量关系；获得了充填体单轴压缩应力-应变-电阻率变化特征规律，划分了电阻率-应力-应变关系特征阶段；充填体的电阻率和热红外信息时空演化进程与其压缩变形破坏整个过程基本相符，且具有明显的阶段性；类比分析了充填体裂纹扩展破坏模式，对比分析了充填体损伤破坏电阻率、温度以及应力应变前兆信息对同一事件的敏感度和差异性，从声电学角度，揭示了充填体损伤破坏机理；建立了充填体失稳破坏前兆信息多参数预警模型，识别了充填体压缩破坏应力-电阻率-热效应前兆信息点。在整个加载破坏过程中，观测到的电阻率前兆信息点要早于热红外前兆点、应力前兆点；与应力应变、温度变化相比，电阻率变化规律具有明显的反对称性；电阻率变化规律能详细地表现充填体受压过程中每个阶段内部结构变化特征，而热红外信息则主要体现充填体塑性屈服前的表面结构温度演化特性。运用多参数评价充填体加载破坏前兆特征，能克服单纯考虑某一参数变化方法预警可信度低、错误率高的缺点，是一种能全面、精准地掌握采场充填体稳定状态的有效方法。