松软煤岩破裂机理与损伤特性研究

发布时间：2020-06-16 17:22

【摘要】：煤矿动力灾害的产生大多与煤岩的稳定性相关,而煤岩的稳定性与其力学特性密切相关,松软煤岩的性质与其他煤岩又有较大区别,因此研究松软煤岩的力学性质可以为煤矿动力灾害提供预警,减少灾害事故,具有重要工程意义。本文采用实验室试验和理论分析的方法,利用非接触式全场应变测量系统、声发射检测系统分析松软煤岩的力学特性和参量变化,研究松软煤岩体失稳破裂机理,结合岩石力学、断裂力学、损伤力学,构建松软煤岩的损伤模型。运用物理相似模拟方法,自制松软型煤进行单轴压缩实验,煤样压缩曲线的变化趋势和数值上的差别明显说明了煤在结构本质上的非均质性,自制型煤与原煤的应力应变曲线具有相似的变化趋势,且其塑性变形较大。采用非接触式全场应变测量系统获取煤岩表面形变图像,分析不同破坏类型的煤岩表面应变特征,在单轴压缩过程中,初始加载阶段,都是沿轴向加载方向破坏,但随着加载的进行,由于不存在围压,煤样的逐步变为拉伸破坏,拉应力在后期充当主要破坏因素;采集煤岩破裂过程中的声发射信号,分析声发射信号与煤岩破裂过程的耦合关系,结果表明声发射信号稳定增长阶段是煤岩体破裂失稳的预兆。松软煤岩在单向应力加载前期,主体形变基本沿着轴向加载方向,煤岩体被压实后,在剪切应力的作用下,横向拉应力、轴向压应力发生偏转,三者相互作用下使得裂纹尖端产生应力集中现象,裂纹沿着轴向“剪切”张拉破裂,当大量的“剪切”张拉破裂产生后,相互聚合,最终导致松软煤岩整体失稳;基于损伤力学基本理论提出的基于声发射参量的损伤模型和以散斑数为基准的损伤理论模型,通过与实验数据对比验证,两种损伤模型均可描述煤样的损伤情况。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD313
【图文】：

西安科技大学全日制工程硕士学位论文.3.1 研究内容（1）原煤煤质特征及力学特性研究对原煤试样进行工业分析，获取其煤质特征；对原煤试样进行单轴压缩，研究其特性（应力、应变、强度、弹性模量等）。（2）松软型煤破裂特性研究自制型煤，实验室测试松软煤样的表面应变和内部声发射特性，研究煤岩失稳破程中全场应变及声发射的参数特征。（3）损伤特性和破裂机理研究从损伤理论入手，结合数字图像相关方法、声发射参量，推导松软煤岩的损伤理型，并利用试验数据进行验证，进而分析松软煤岩破裂机理。.3.2 技术路线技术路线如图 1.1 所示。

8（c）打磨 （d）煤样试件图 2.1 制取煤样原煤试样进行单轴压缩，加载系统采用 DNS600 电子试验机，采用位移控加载速率为 1mm/min，数据采集频率为 1Hz，以断裂为实验终止条件，为的产生，在煤样与压头之间涂抹耦合剂，减小摩擦。岩体的全应力应变曲线可以直观的反映煤岩的基本力学性质，读取其峰值量等，且可以为建立煤岩体的力学模型和本构方程提供实验凭证。将 4 个变曲线绘制如图 2.2 所示。

【参考文献】

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本文编号：2716340