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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
循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构研究
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  • 作者

    王凯左晓欢杜锋孙加智鞠杨丰程涛

  • 单位

    中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

  • 摘要
    煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。本文选取3种不同的加载速率,开展了两种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号),分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理,构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型,最后结合试验实测数据进行验证。结果表明:加载速率与复合试样的峰值强度成正相关,当加载速率从0.05mm/min增大到0.15mm/min时,恒定下限逐步循环加卸载路径(路径I)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径II)下,试样的峰值应力分别增加了22.44%和28.89%;高加载速率下,试样的内部裂纹扩展越快,煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧,分形维数随之增大,试样的内部裂纹扩展越快;随着加载速率的增大,煤组分中沿基质破坏增多。循环分级跨度大的路径(路径I)有助于试样内部的应力传递,为试样内部裂纹的发育提供了有利条件,导致对应试样的破坏程度更高。试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性,表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为。
  • 关键词

    煤岩复合结构循环载荷作用加载速率宏-细观特征能量-损伤本构

  • 文章目录
    1引言
    2试验过程
    2.1循环加卸载路径
    2.2试样准备
    2.3测试方案
    3 两种循环载荷作用下煤岩复合试样损伤破坏试验结果分析
    3.1煤岩复合试样损伤破坏应变变化规律
    3.2煤岩复合试样的应力-应变特征
    3.3煤岩复合试样损伤破坏声发射演化特征
    3.4煤岩复合试样的失稳劣化特征分析
    3.5两种循环载荷作用下煤岩复合试样宏-细观破坏特征
    3.5.1煤岩复合试样的裂纹宏观扩展模式
    3.5.2煤岩复合试样分形破坏特征研究
    3.5.3煤岩复合试样细观结构特征
    4. 循环载荷作用下煤岩复合试样能量-损伤本构研究
    4.1 循环加卸载作用下煤岩复合试样能量计算原理
    4.2循环加卸载荷能量-损伤变量
    4.3基于线性储能定律的煤岩复合试样损伤变量表征
    4.4循环加卸载作用下煤岩复合试样损伤本构模型修正
    4.5循环加卸载作用下煤岩复合试样能量-损伤本构模型验证
    5.结论
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