分形煤岩胶结体动态力学性能及数值模拟研究
朱昌星
霍嘉鑫
吴大志
河南理工大学 土木工程学院,河南 焦作 454000
摘要：目的 为研究颗粒破碎程度对煤岩胶结体的动态力学性能影响,方法 基于松散介质固体颗粒分布规律理论,以分形维数分别为1.4,1.7,2.0,2.3,2.6配制不同破碎程度的松散煤体,按比例将胶凝材料与煤体拌合,经养护后制成标准块,对其进行分离式霍普金森压杆冲击试验,并利用有限元软件LS-DYNA对SHPB试验过程进行数值模拟和对比分析.结果 结果表明,分形维数D=1.7时,抗压强度最低、分形维数D=2.6时,抗压强度最高;煤岩破碎程度对试样的动态力学性能影响较大;水泥基体内能远大于 4种粒径煤体内能之和;数值模拟的峰值应力、应变终值和破坏模式与室内试验结果吻合较好.粒径为0～20 mm时,0～5 mm的小颗粒质量占比越多,试样整体强度越高;胶结体动态抗压强度随着分形维数增大先减小后增大;动态压缩下试块耗散能也呈先减后增趋势;分形维数D=1.7的煤体级配不利于发挥胶结体试块的力学性能;水泥基体为主要的储能介质,承担主要的能量吸收与耗散;HJC参数的合理选取可以使数值模拟较好地反映胶结体试块的动态力学特性.结论 研究结果可为后续煤岩注浆提供一定的技术支持.
关键词：煤体破碎程度胶结体分离式霍普金森压杆动态抗压强度数值模拟
分类号：TD76(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(51874119)安全学科双一流创建课题培育项目(AQ20240726)河南理工大学博士基金资助项目(B2009-96)
论文发表日期：2025-07-31
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：12( 112-123 )
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