饱水-循环应力耦合作用下煤样波速与力学特性演化机制
李杰
中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;重庆大学 资源与安全学院,重庆 400044
摘要：深部煤矿开采中,水-力耦合作用对煤体力学特性的影响是诱发动力灾害的关键因素.为揭示饱水与循环应力扰动下煤体的损伤演化规律,通过超声波测试、常规三轴压缩试验、CT扫描技术,研究了自然煤样(A组)、饱水煤样(B组)、循环扰动煤样(C组)的波速、变形、强度与破坏特征.结果表明:饱水作用通过填充孔隙降低声波散射,使纵波波速提升 18.2%(B组),但循环应力扰动引发微裂隙扩展与"水-裂隙耦合效应",导致C组波速较自然组下降 4.44%;水-力耦合作用显著改变煤体变形机制,饱水缩短压密阶段并弱化屈服强度(B组弹性模量下降),而循环扰动诱导峰后应力阶梯式下降及残余强度提升,其能量耗散特性与"自支撑裂缝"机制相似;饱水与循环扰动均劣化煤体强度,饱水组(降幅 28.0%)和循环扰动组(降幅 33.0%)峰值强度显著低于自然组,但循环扰动试样围压敏感性最强(强度随围压增幅达 174.8%),表明损伤煤体可通过围压约束恢复部分承载能力;水-力耦合作用的煤体破坏模式不同,造成饱水煤样以剪切破坏为主,循环扰动煤样则形成多向破裂带及横向膨胀,其损伤累积由"水楔效应"和疲劳裂纹扩展主导,围压卸载后剪切-拉伸复合破坏加剧.
关键词：煤岩动力灾害循环应力饱水煤体力学特征强度特征破坏特征
分类号：TD322(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52174230)
论文发表日期：2025-07-20
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：9( 98-106 )
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