循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构模型
王凯1
左晓欢2
杜锋3
孙加智2
鞠杨4
丰程涛2
1.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京) 研究生院,北京 1000832.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000833.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000834.中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,北京 100083
摘要：煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义.选取3种不同的加(卸)载速率,开展了2种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号),分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理,构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型,最后结合试验实测数据进行验证.结果表明:加(卸)载速率与复合试样的峰值强度呈正相关,当加(卸)载速率从 0.05 mm/min增大到 0.15 mm/min时,恒定下限逐步循环加卸载路径(路径Ⅰ)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径Ⅱ)下,试样的峰值应力分别增加了 22.44%和 28.89%;高加(卸)载速率下,试样的内部裂纹扩展越快,煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧,分形维数随之增大,试样的内部裂纹扩展越快;随着加(卸)载速率的增大,煤组分中沿基质破坏增多.循环分级跨度大的路径(路径Ⅰ)有助于试样内部的应力传递,为试样内部裂纹的发育提供了有利条件,导致对应试样的破坏程度更高.试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性,表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为.
关键词：煤岩复合结构循环载荷作用加(卸)载速率宏-细观特征能量-损伤本构模型
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52130409)国家自然科学基金(52374249)国家自然科学基金(52121003)
论文发表日期：2024-02-28
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：18( 767-784 )
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