卸围压速率和瓦斯压力对原煤力学和渗流规律的影响

深部煤炭开采过程中,由于工程扰动,地应力发生复杂变化,由此导致煤岩力学性质、渗透率特性等随之改变。基于此,进行了煤样在轴压一定,不同卸围压速率、不同瓦斯压力条件下的流固耦合试验。研究了煤样在不同应力卸围压速率、瓦斯压力作用下的力学和渗流特性;分析了三轴卸围压和不同瓦斯压力条件下原煤的变形、强度、力学参数变化规律;揭示瓦斯的分阶段演化特性。结果表明:随着围压卸载速率、瓦斯压力的不断增加,煤样破坏时的变形、塑形平台逐渐增强;煤样的变形模量、侧向变形系数及破坏时的有效围压均随着卸围压速率、瓦斯压力的增加而逐渐降低;轴压加载阶段,由于原生裂隙被压密,渗透率逐渐降低,在围压卸载阶段,由围压卸载引起的原生孔隙裂隙扩张、高偏应力差引起的煤样新生裂隙导致裂隙总量增加,渗透率逐渐增大。

不同卸围压速率下花岗岩的力学性质及声发射特征

为了研究不同卸围压速率下花岗岩的力学性质,利用RMT-150B岩石力学试验系统对花岗岩试样进行恒轴压卸围压应力路径试验。试验结果表明:相同的初始围压下,随着卸围压速率增大,岩样的延性减小,表现为脆性破坏。卸围压速率越大,卸围压阶段的应变率越高,但总变形量小;当卸围压的速率相同时,初始围压越高,卸围压阶段岩样的应变率和总变形量越大。采用Mogi-Coulomb强度准则对试验结果进行拟合,结果显示:卸围压速率对花岗岩的黏聚力有劣化作用,对岩石的内摩擦角有强化作用;卸围压速率越小,振铃计数的活跃期越长,表明在低卸围压速率下,花岗岩岩样内部损伤发展缓慢且完全。

白砂岩卸围压强度与损伤破坏特征

为了探讨白砂岩卸围压强度变形特征,利用RMT岩石力学试验系统进行了常规三轴、恒轴压卸围压应力路径试验,分析了白砂岩卸围压强度、变形、稳定时间和损伤破坏特征。获得以下主要结论:相同初始围压下,卸围压速率越大,屈服段越小,相同卸围压速率下初始围压越大屈服特性越明显;相同初始围压下,随着卸围压速率的减小,白砂岩破坏时的轴向变形增大,表明脆性减弱而延性增强,破坏时的内部损伤越严重;随着卸围压速率的减小,同一初始围压下破坏时围压增加,围压降减小而围压比增大;初始围压越大白砂岩稳定时间越长,但随着卸围压速率的增大稳定时间迅速减小,卸围压速率达到1 MPa/s时,初始围压对稳定时间的影响已很小,不同初始围压下单位围压稳定时间的减小规律基本一致,且受初始围压影响甚微;卸围压应力路径对白砂岩的黏聚力有弱化效应,而对内摩擦角有强化作用,卸围压速率越大内摩擦角越大,黏聚力越小;利用八面体剪应力,基于Mogi-Coulomb强度准则获得了白砂岩强度判别通式;卸围压应力过程中声发射振铃计数一直处于较低水平,在破坏之前没有渐进增长的变化过程,且最大声发射出现在应力峰值处,可知卸围压过程中岩样内部损伤发展缓慢,损伤的快速发展形成主控破裂面主要出现在峰值处,且破坏之前没有声发射渐增先兆,破坏突然;白砂岩发生典型单一破裂面的剪切破坏,且随着卸围压速率的增大,破裂角整体呈增大趋势。

围压卸载速率对砂岩力学性质影响数值试验研究

【目的】为了排除天然岩石试件离散性与试验过程多种应力路径相互转换对试验结果的叠加影响,进一步探讨围压卸载速率对岩石破坏失稳的影响机理。【方法】利用离散元法开展均质数值试件在恒定轴压与两种固定围压卸载速率条件的数值试验研究,对比与讨论了两种围压卸载速率下的试件宏观与细观力学特性与规律。【结果】结果表明:两种条件下,宏观和细观破裂分布具有一定相似性和规律性,慢速围压卸荷条件较快速条件的试件承载强度更高,快速卸荷条件局部破裂分布密度相对更大。两种卸载速率试验过程出现轴压和围压的“跌落”和“上升”,反映试件经历了多阶段突发式渐进破坏过程,因局部破坏不断累积导致试件向整体失稳方向发展。两种卸载速率条件下的张拉破裂数量显著大于剪切破裂数量,张拉破裂增长速率大于剪切破裂,试件表现为张拉破坏为主,快速卸载条件破裂总数量相对更大。慢速卸载条件相对充分地调动了试件局部承载能力,使试件极限承载能力有所提高。【结论】两种条件下,20次以上声发射事件构成的裂纹分布程度最不均一,随着组成每条裂纹的声发射事件数增加,震级整体逐渐增大,快速卸荷形成裂纹过程总体释放能量相对更高,而慢速卸荷以相对较慢的速率传递应力,使裂纹形成过程释放能量相对更低、平稳且均一。

煤岩卸围压破坏特征试验研究

煤矿开采等大型地下工程施工活动可视为卸围压的过程,以明确煤样加载进程中其强度、形变的变化为目标,采用伪三轴试验台开展卸围压试验。研究得出:当卸围压速率增大的时候,样品最大偏应力和偏应力最大时刻轴向应变均减小,且随着卸围压速率逐渐升高,样品失效围压值逐渐降低;与此同时,样品的卸围压平衡时间与卸围压速率负相关,即低卸围压速率下煤样的稳定性优于高卸围压速率。在实验过程中,煤样的AE振铃计数率经历3次跳跃式增长,分别为塑性开始阶段、卸围压开始阶段和煤样破坏阶段。

围压效应对钙泥质胶结砂岩强度和变形的影响

针对西部地区侏罗系砂岩成岩年代新、胶结程度较差,以及煤矿高强度开采的特点,开展恒定围压下三轴压缩实验,不同速率卸围压,以及单块多级加载实验,研究围压路径变化效应对钙泥质胶结砂岩强度和变形特征的影响.实验表明:西部中粒砂岩峰值强度、残余强度、峰值应变、弹性模量、泊松比等力学参数均对围压依赖性较强,且由于其钙泥质胶结的细观特性使其黏聚力、内摩擦角相比其他地区、其他年代的砂岩较低.随着围压的增大,试件由简单平整破裂面向复杂非平整多破裂面破裂模式转化.变围压加载过程中,围压的变化对砂岩的承载能力和变性特征影响显著,围压主要通过束缚试件横向变形和裂纹扩展,以及增大内部摩擦的方式影响岩体的力学特征,围压卸载和加载对岩体力学参数的影响规律可为采场推进速度优化和围岩支护分析提供一定的参考.