• 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
单轴压缩下含钻孔煤样力学行为试验与数值模拟
  • 77
  • 作者

    焦振华倪志辉胡浩杨利文李睿马家宝

  • 单位

    安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽理工大学安全科学与工程学院

  • 摘要
    煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术,为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律,通过开展单轴加载试验,并结合颗粒离散元模拟,分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演化规律、裂纹扩展破坏特征。结果表明:含孔煤样的力学参数均显著低于完整煤样,随钻孔直径的增加,含孔煤样的峰值强度、峰值应变与弹性模量均呈衰减趋势。加载过程中含孔煤样在峰值应力前均出现应力突降现象,在数值模拟中表现更加明显,表明钻孔的存在破坏了煤样的原始结构,使其承载力发生弱化。完整和含孔煤样能量演化规律基本一致,在达到峰值强度前,以弹性能积聚为主,峰值强度后,耗散能急剧增加。相较于其它力学参数,弹性能指标下降幅度更大。钻孔直径越大,能量耗散比急剧上升时对应的应变越小,从而越不容易积聚能量发生冲击性破坏。通过数值模拟对比煤样破坏前后应力场分布可以看出,拉应力数值和分布范围均随钻孔直径增大而增大,钻孔直径对拉应力区域的扩展和拉应力的大小均有显著影响。从应力张量演化的分析中发现,应力的大小及方向对裂隙的萌生与发展均有导向作用,钻孔周围会出现明显的应力偏转现象。
  • 关键词

    钻孔煤样力学行为能量耗散破坏模式数值模拟

  • 文章目录
    0 引言
    1 试验介绍
    1.1 含孔煤样制备
    1.2 试验设备
    2 单轴压缩下含孔煤样力学特性
    2.1 含孔煤样应力-应变曲线
    2.2 含孔煤样能量演化规律
    2.3 含钻孔煤样破坏特征
    3 PFC数值模拟
    3.1 数值模型建立及细观参数标定
    3.2 不同孔径煤样应力场分析
    3.3 不同孔径煤样破坏过程分析
    4 讨论
    5 结论
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