不同层理倾角煤岩损伤破裂机制及能量响应
柏耀宗1
李波波2
任崇鸿1
李建华1
叶平平1
王恒宇1
1.贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 5500252.贵州大学 矿业学院,贵州 贵阳 550025;贵州大学 喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室,贵州 贵阳 550025;贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室,贵州 贵阳 550025
摘要：由于煤岩含有多种层理构造,在宏观上具有典型的横观各向同性特征,对煤岩的损伤破坏及能量演化等具有显著影响.基于能量耗散理论,推导不同层理倾角煤岩变形破坏过程的弹塑性应变、损伤变量及各能量表达式,并建立考虑不同层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,定量表征了层理倾角与损伤变量、各峰值能量之间的对应关系,探究了荷载作用下层理倾角对煤岩力学和能量响应特征的影响.研究结果表明:(1)不同层理倾角煤岩的能量转换均呈现阶段性演化,分别对应不同破坏阶段;在恒轴压卸围压及不同围压三轴压缩条件下,随层理倾角的增大,峰值弹性能及耗散能均表现出先减小后增大的"U"形趋势,与煤岩峰值强度随层理倾角的变化基本对应,两种条件下层理倾角分别为 60°～90°、45°～90°时变化最为敏感,表现为能量角度的各向异性.(2)根据不同层理倾角煤岩能量耗散过程,进一步构建了考虑层理倾角的能量耗散-损伤本构模型,并引用公开发表的试验数据进行验证和分析,结果显示,该模型能够较好地描述不同层理倾角煤岩在常规三轴压缩、恒轴压卸围压等荷载条件下的煤岩变形破坏特征,表明所构建的模型具有较好的适用性.(3)不同层理倾角煤岩耗散能Ud与损伤变量D的演化具有较好的一致性.随轴向应变的增大,二者均经历了由缓到急再趋于平缓的过程,总体呈"S"形变化趋势;随层理倾角的增加,损伤变量D与耗散能Ud均呈现出先减小后增加的"U"形趋势,当层理倾角为 90°时,煤岩峰值耗散能Ud与损伤变量D均达最大值,煤岩极易发生破坏.研究结果可为探寻矿压显现规律、煤巷帮部失稳诱发机理和防治冲击地压等矿井灾害提供参考.
关键词：层理倾角煤岩能量演化损伤本构方程破裂机制
分类号：TU458(土力学、地基基础工程)TD315(矿山压力与支护)
资助基金：贵州省基础研究计划(自然科学类)基金资助项目(YQK(2023)013)国家自然科学基金(52274138)国家自然科学基金(52064007)
论文发表日期：2025-02-27
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 109-125 )
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