脉动孔隙水压下三轴加压对煤岩损伤变形的影响

为研究脉动孔隙水压作用下低透性松软煤岩在不同三轴加压条件下的损伤变形规律,采用RLW-2000M煤岩流变仪进行了不同轴压和围压系列下的试验研究。结果表明:煤岩破坏的应变曲线具有先疏后密再疏的变化规律,且累积应变和残余应变随着围压的增加而减小,而随着轴压的增加而增大;平均单次耗散能随着围压的增加而减小,随着轴压的增加而增加,其关系符合指数函数变化特征;采用累积耗散能计算了煤岩破坏过程中的损伤变化特征,并采用Logistic方程逆函数对其进行了拟合分析,得到了煤岩损伤演化模型,为预测煤岩破坏周期提供了依据。研究结果为具有不同地应力条件下的低透气性松软煤层施工脉动水力压裂提供了一定的理论依据。

脉动孔隙水压下低透性松软煤岩损伤变形的实验分析

为了研究脉动水压作用下低透气性松软煤岩损伤变形特征,采用RLW-2000M微机控制煤岩流变仪对标准原煤样进行了不同上限水压实验。结果表明:在脉动水压作用下,煤样疲劳破坏应变曲线具有三阶段特征:压密耦合阶段应变曲线在初期循环加、卸载过程中将产生较大变形,不容易形成滞回环曲线;弹性耦合阶段应变曲线呈现出稳定的滞回环曲线进行变化;屈服变形阶段经历几次较大的变形以后,煤样将产生疲劳破坏。采用能量耗散的观点对弹性耦合阶段的变形状态进行了判定,判定结果表明该阶段煤体单元在脉动水压的每次循环作用下都将产生一定的塑形变形和损伤。最后基于Logistic方程建立了煤岩损伤破坏数学模型,并采用最小二乘法进行拟合分析确定了未知参数。

脉动孔隙水压下煤岩损伤变形的能量观点分析

采用RLW-2000M微机控制煤岩流变仪进行三轴加压状态下脉动孔隙水压作用于煤岩的实验研究。研究结果表明:煤岩在脉动水压作用下的残余应变具有初期变形较大、后期变化较小且平稳的特征,其变化趋势符合负指数幂规律。基于热力学定律,采用能量观点将单个滞回曲线加、卸载过程中的4个阶段进行能量吸收与能量释放的划分,其变化规律分别为Uab逐渐减小、Ubc逐渐增加、Ucd变化不稳定和Ude逐渐减小。同时,单个滞回曲线总能量的变化是能量耗散的过程,具有初期变化较大、后期逐渐降低的趋势,与残余应变特征相对应。脉动水压上限越大,能量耗散越大,煤体内部损伤和塑性变形越大,强度丧失越多。从能量的角度解释了脉动水压作用下煤岩损伤变形的过程,为现场施工煤层脉动注水提供了一定的理论参考依据。