层理煤岩浸水前后力学性质研究
姜琳婧1
赵会杰1
赵怡晴1
方杰2
曹志国2
1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 1000832.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 100011
摘要：层理弱面及煤岩遇水软化会导致煤岩力学性质降低,对煤矿地下水库稳定性、煤矿突透水事故防治等具有重要影响.为了研究层理及浸水对煤岩力学性质的综合影响,通过无损浸水试验与单轴压缩试验,并基于数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术,分析不同浸水条件下煤岩单轴压缩变形及破坏特性,获得了轴向平行和轴向垂直两种层理煤岩在天然状态、自然吸水以及强制吸水三种状态下的力学性质参数和表面应变场信息等.研究结果表明:煤岩的吸水特性呈现出明显的层理性差异,力学性质受到层理和浸水共同影响作用,具体如下:①毛细管作用导致轴向平行层理煤岩吸水能力强于轴向垂直层理煤岩,轴向平行层理煤岩的自然极限吸水率是轴向垂直层理煤岩的 2.2倍;②煤岩的单轴抗压强度和弹性模量受层理影响为主,受浸水影响为辅,破坏模式与层理方向有关系,轴向垂直煤岩为剪切破坏,轴向平行煤岩为劈裂破坏,相同层理煤岩浸水前后破坏模式不变;③煤岩破坏是由均匀变形向非均匀变形转化的过程,浸水后煤岩会更早出现应变集中区,其压密阶段延长、弹性变形阶段缩短.研究结果有助于进一步理解轴向平行和轴向垂直两种层理煤岩浸水特性、力学性质及破裂演化规律,对地下水库预留煤柱保护、稳定性分析等相关工程实践具有一定的借鉴作用.
关键词：层理煤岩饱水煤岩单轴压缩3D-DIC技术力学特征
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51804018)国家自然科学基金(52174106)国家重点实验室开放基金(SHJT-17-42.1)
论文发表日期：2023-10-25
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( 97-108 )
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