煤岩张剪裂隙震源机制及应力反演方法
王恩元1
张力1
王笑然2
刘晓斐1
李楠1
1.中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 2211162.中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：精准监测与定量反演煤岩裂隙形态及应力场分布特征,是揭示冲击地压演化过程及致灾机理的科学基础,更是解决深地工程动力灾变演化问题的重要手段.以位移不连续理论为基础建立不同破裂类型的裂隙震源模型,通过修正Bott假设,提出适用于张剪裂隙类型的应力反演模型,并融合格里菲斯与摩尔-库仑准则构建复合破裂判据,实现真实裂隙面的有效识别,并以震源机制参数及应力场参数的最优适配为目标,进一步提出裂隙震源与应力联合迭代反演方法,并开展了实验室尺度的煤岩破坏监测反演的实践应用.结果表明:偏移角α可有效区分张拉、剪切及压缩等破坏类型,提出基于张剪复合失效准则的裂隙面与应力迭代求解方法,有效选取真实裂隙面提高应力反演精度,建立裂隙震源与应力的联合交替迭代模型,可有效减少理论滑移方向与真实滑移方向的偏差.在煤岩三点弯曲试验过程中,偏移角α主要处于0°～20°,表明破裂微裂纹主要为张剪复合类型,利用应力反演模型求得最大主应力σ1为拉应力,中间主应力σ2和最小主应力σ3为压应力,应力形状比平均值为0.87,表明σ1占主导作用,σ2和σ3几乎相等,符合三点弯曲试样的受力状态,应力分布影响了试样裂纹运动方向主要为沿X轴方向的张拉分离,并促进了裂纹取向为沿Y轴方向的发育扩展.另外,应力旋转作用导致裂纹面取向在Y轴方向的分量被减小,裂纹运动方向与X轴方向的夹角增大,而这一改变随着应力旋转角度的增大得到加强.利用裂隙震源与应力联合迭代反演方法对应力反演过程进行优化,理论滑移方向与真实滑移方向之间的平均滑移偏差角依次降低了 33.91％、79.86％和94.12％.将提出的张剪震源应力反演方法与VAVRYČUK方法进行对比,应力的形状比噪声误差率最大降低了 6.49％,三向应力反演精度平均提升了15％～40％,研究成果可为煤岩体动力灾变演化研究提供一种科学方法,为深地工程冲击地压孕育机制解析与灾害预警提供新的理论支撑.
关键词：矩张量震源机制联合迭代反演应力分布应力旋转
分类号：TD32(矿山压力与支护)
资助基金：国家重大科研仪器研制资助项目(52227901)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：21( 293-313 )
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