孔周煤岩体损伤破坏及裂隙扩展规律的单向加载试验研究

发布时间：2020-08-28 11:10

　　在瓦斯抽采过程中,钻孔周围煤体在外界工程应力反复干扰下会发生失稳变形破坏产生裂隙,导致瓦斯抽采效率低,易发生煤矿动力灾害,因而研究孔周煤岩体损伤破坏及裂隙扩展规律有很重要理论和现实意义。本文主要采用理论和试验研究相结合的方法,运用数字图像相关技术研究单向受载下孔周煤岩体的变形破坏特征及损伤破坏演化特征。首先,采用数字图像相关技术结合弹性理论对孔周煤岩体表面应变进行反演应力分析,根据损伤力学理论研究单向受载下孔周煤岩损伤破坏机理,分析煤样表面损伤因子与应力应变之间的关系,探讨不同煤岩体损伤破坏的表面应变及损伤破坏变化规律。其次,系统开展单轴、单级和分级等加载条件下的不同煤岩试样的损伤破坏试验,结合VIC-3D研究煤样表面应变场的变化,分析散斑损伤因子、瞬时应变、应变率和裂隙扩展速率之间的关系;根据蠕变模型研究不同煤样的蠕变参数及有效应力关系式,分析孔周煤岩体的抗压力学特性及蠕变规律。然后,通过在实验室进行钻孔试验,及无孔与含钻孔煤岩试样破坏表面变形对比的单向加载试验,研究孔周煤岩体的表面变形破坏与孔周裂隙扩展过程,分析单向受载下孔周煤岩体的损伤破坏过程中表面的损伤因子、裂隙扩展速率、应力与应变之间的变化规律。最后,结合损伤力学相关理论,采用数字图像相关方法建立单向加载条件下孔周煤岩体表面损伤破坏裂隙扩展力学模型,验证试验中表面损伤因子与裂隙扩展速率变化规律,为研究孔周煤岩体损伤破坏及裂隙扩展机理提供理论指导作用。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：

散斑,试样表面,煤层,圆形巷道

(a) 时刻 t1(b) 时刻 t2(c) 时刻 t3图 2.2 试样表面散斑点移动过程2.1.2 孔周煤岩体表面应变-应力反演力学分析在对煤层进行钻孔抽采瓦斯时，结合有关工程实际情况[75]，可简化为煤层钻孔力型，巷道位于模型中心，抽采钻孔位于圆形巷道的右侧，钻孔垂直于巷道布置。模面垂直边界条件为固定支座，两侧为滑动支座，上部施加岩层载荷，如图 2.3 所示

煤层,力学模型,散斑,圆形巷道

散斑点的移动，通过 VIC-3D 软件分析散斑点表面的位移、形变等数据，如图 2.2 所示。(b) 时刻 t2图 2.2 试样表面散斑点移动过程表面应变-应力反演力学分析孔抽采瓦斯时，结合有关工程实际情况[75]，可中心，抽采钻孔位于圆形巷道的右侧，钻孔垂固定支座，两侧为滑动支座，上部施加岩层

煤岩体,受载,力学模型,损伤破坏

2 孔周煤岩体表面裂隙检测方法及损伤破坏机理而在平面问题中弹性体的应变与位移关系[74]可表示为：dxUx （dyVy （d dx yU Vx y （由于对于钻孔周围煤岩体表面的损伤破坏在现场很难从细观力学角度去研究可以在实验室模拟单向受载下钻孔周围的煤岩体受力破坏模型如图 2.4（a），观的研究煤岩体的受力情况，可取煤岩体表面的微元体研究分析受力如图 2.4（

【参考文献】