• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
低频扰动下高应力砂岩非线性动态力学响应特征
  • 68
  • 作者

    文晓泽冯国瑞郭军王朋飞白锦文钱瑞鹏于露杨张洁张鹏飞

  • 单位

    太原理工大学矿业工程学院矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室山西焦煤集团有限责任公司清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室

  • 摘要
    受煤矿残采区上行开采扰动影响,层间岩层在高静应力和低频扰动荷载耦合作用下的破裂失稳是引发遗煤资源复采动力灾害的主要原因之一。为研究低频扰动荷载作用下高应力状态岩石的动态响应特征,以煤系地层砂岩为研究对象,基于自主研发的动静载耦合电液伺服试验机,开展不同幅值低频扰动荷载(5Hz)作用下高应力砂岩(80%单轴抗压强度(UCS))动态单轴压缩试验,揭示了低频扰动下高应力砂岩的裂纹演化规律、渐进损伤行为和非线性动态响应特征。结果表明:(1)小幅扰动荷载作用过程中高应力状态砂岩并不会失稳,80%UCS预静载状态下诱使砂岩发生破坏的低频扰动幅值门槛值为15%UCS,在越过应力门槛值的扰动荷载作用过程中,高应力砂岩破坏前的扰动荷载循环周期数随幅值增大指数型衰减。(2)在砂岩内部随机分布的微裂纹萌生和渐进扩展影响下,动态割线模量、峰值应变、耗散能密度和声发射b值随扰动荷载作用时间的非线性演化特征显著。(3)指数型应变演化曲线在砂岩破坏前有明显的拐点,可以作为低频扰动下高应力砂岩动态破坏的前兆信息,用于相应动力灾害预警。(4)在越过门槛值的低频扰动荷载作用过程中,动态割线模量演化曲线近似指数型衰减,且非线性拟合参数可以用以量化割线模量劣化速率,砂岩的割线模量劣化速率随幅值线性递增非线性变化。(5)扰动荷载作用初期的RA值大小可以用于砂岩动态破坏超前预测,相应地,扰动荷载作用过程中RA的突增可以作为砂岩动态破坏的前兆预警信息。未越过门槛值的低频扰动荷载作用过程中,砂岩微破裂以张拉或混合破裂为主,剪切破裂占比仅为12.15%;幅值为15%UCS、20%UCS和25%UCS的扰动荷载作用过程中,剪切破裂占比分别为37.17%、52.75%和53.62%,随扰动荷载幅值增大对数型增加。
  • 关键词

    低频扰动高应力渐进损伤非线性响应

  • 文章目录
    1 引 言
    2. 试验设备及方案
    2.1 试样准备
    2.2 试验设备
    2.3 试验方案
    3. 试验结果
    3.1 应力应变曲线
    3.2 岩样动态应变演化
    3.3 加载过程中的声发射响应特征
    3.3.1 声发射特征参数
    3.3.2 基于RA/AF的裂纹演化分析
    3.4 扰动荷载作用过程中的能量耗散特征
    3.5 割线模量非线性劣化特征
    4. 结论
相关问题

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院有限公司 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联