循环加卸载作用下CFRP约束煤样破坏及能量演化规律
刘洪林1
贡霄汉2
赵红超1
黄海山3
石光锋2
田佳杰2
1.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐 830017;新疆矿产资源绿色开发与生态修复省部共建协同创新中心,新疆乌鲁木齐 830017;新疆弱胶结地层煤炭资源绿色智能开采工程技术研究中心,新疆塔城 8347002.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐 830017;新疆矿产资源绿色开发与生态修复省部共建协同创新中心,新疆乌鲁木齐 8300173.新疆弱胶结地层煤炭资源绿色智能开采工程技术研究中心,新疆塔城 834700;新疆赛尔能源矿业有限公司,新疆塔城 834700
摘要：碳纤维增强复合材料(CFRP)以其轻质高强耐腐蚀的物理力学特性在加固区段保护煤柱方面展现出良好的应用前景.为进一步探究CFRP约束煤柱在采动应力场动态演化(特别是循环加卸载)过程中的力学响应机制,基于能量耗散原理,采用声发射RA-AF分析方法,试验研究了循环加卸载作用下CFRP约束煤样破坏特征与能量演化规律.研究结果表明:①相对常规单轴压缩,循环加卸载条件下0层、1层和3层CFRP约束煤样强度分别提升2.65％、10.17％与1.22％,其应力-应变曲线的包络线与单轴加载作用下的应力-应变曲线具有相似性.②煤样在循环加卸载条件下表现出显著的变形记忆特性,其应力-应变曲线形成的滞回曲线面积大小及回转幅度同加卸载次数正相关,密集程度同加卸载次数负相关.③煤样积聚总能量、弹性应变能密度均随轴向应力的增大而增大,且在数值上与轴向应力呈指数函数关系.④CFRP层数由0增加至3层时,耗散能密度从U型分布转为J型分布,耗散能率从L型分布转为V型分布,耗散能占比分别为6.62％、31.46％与42.56％,呈现出增速先快后慢的趋势.⑤循环加卸载作用下,不同约束条件煤样张拉破坏占比差异明显.试验研究揭示了循环加卸载作用下CFRP约束煤样的变形破坏与能量演化特征,为进一步推动CFRP在煤柱加固领域的工业性应用提供了理论支撑.
关键词：煤柱加固碳纤维增强复合材料循环加卸载能量耗散声发射特征
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52464008)国家自然科学基金(52164011)新疆维吾尔自治区杰出青年科学基金资助项目(2022D01E31)
论文发表日期：2025-06-30
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( 2892-2908 )
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