单轴循环荷载对煤弹塑性和能量积聚耗散的影响

为了研究循环加载对煤岩弹塑性和能量积聚耗散的影响,对二2煤进行了单轴压缩循环加载实验,分析得出首次加载、卸载、再加载弹性模量呈正相关关系;随着循环数的增加,弹性应变会表现出倒"U"形变化,塑性应变表现出"U"形变化的规律,由应变引起的弹性模量E、弹性能量指数Wet和能量耗散率Wed都表现出倒"U"形变化的规律,首个平均弹性模量变化率η为30%,耗散的能量j sd呈"U"形变化,当弹性能量指数Wet达到最大值时,冲击现象最容易发生;分析出微裂纹的萌生传播速度随应力振幅的增加而增加,微塑性变形速度也随之增加,弹性能量指数在压密和线弹性阶段随加载程度的增加表现出先增加后减小的趋势,在"弹塑性临界点"达到最大值.

加载速率对能量积聚与耗散的影响

为研究加载速率对岩石内能量积聚与耗散的影响规律,运用FLAC3D软件结合岩石CT扫描结果重构出具有真实分布的非均质模型,并进行多加载速率单轴模拟试验,借助Fish语言实现加载过程中能量积聚及耗散量的统计.结果表明:加载速率增加将会使能量耗散和积聚更早发生,介质中弹性能存储密度的最大值与加载速率呈正相关的指数关系,指出研究介质力学响应应当与加载条件建立对应关系.

基于弹性能演化全过程的岩石脆性评价方法

脆性破坏是岩石的一项重要力学特性,建立准确的脆性评价方法对岩石工程具有重要意义。岩石峰前存储的弹性能演化特点直接决定了峰后的脆性破坏特征。因此,综合考虑峰前弹性能的积聚特性和峰后弹性能的释放特性,建立一种基于弹性能演化全过程的岩石脆性评价指标。利用该脆性评价指标开展不同岩性单轴压缩、不同围岩以及水压试验的脆性特征评价。试验结果表明:建立的脆性评价指标能全面反映岩石脆性特征。在单轴试验条件下,该指标能准确地评价各类岩石的脆性差异性;常规三轴压缩条件下,大理岩和石英砂岩的峰前弹性能的积聚率和峰后弹性能耗散率随着围压的增加而不断降低;水压条件下,石英砂岩的脆性指数随着水压的增加而不断提高,随着围压的增加,水压对脆性指标的影响逐渐减弱。试验结果验证了该指标的合理性,研究结果丰富了岩石脆性评价方法。

基于非线性储能与释放特征的煤冲击倾向性指标

煤的冲击倾向性是煤矿冲击地压灾害发生与否及致灾程度的重要影响因素,冲击倾向性指煤积聚应变能并产生冲击破坏的性质,因此,峰值强度时刻弹性能量积累是冲击倾向性评价的关键。因煤富含结构缺陷,破坏过程和能量演化更加复杂,针对此种煤样峰值强度时刻弹性能量无法准确求得的难题,对标准煤样进行单轴循环加卸载试验,以获取煤样不同应力状态下弹性应变能积累量,发现弹性应变能积累与应力-应变曲线变化趋势一致,在峰值强度时刻达到最大值。能量输入、弹性能量积累及能量耗散随煤样受载变形呈非线性演化规律,但在任一时刻应力的平方与弹性能量积累表现出良好线性关系。基于此改进峰值强度时刻弹性能量积累量计算方法,更加准确获取试件峰值强度时刻弹性应变能积累量。进一步提出综合考量煤体强度、能量演化及破坏时间的有效弹性能释放速率指数KET评价煤的冲击倾向性,并结合现有指标给出冲击倾向性分类临界值。最后采用远场碎屑质量占比w及平均粒径da表征的煤样破碎程度验证评价结果合理性。研究结果表明:KET可有效解决现有各项指标评价结果离散性大且相互之间存在冲突的局限性;冲击倾向性KET评价结果与煤样破坏状态对比,发现KET与w及破碎程度正相关,与da负相关,评价结果更符合实际。