不同高度预制裂纹砂岩试样力学特性与损伤演化试验
池小楼1
臧德松2
冯彦军3
赵凯凯3
吕鑫2
范超尘2
付强4
1.安徽理工大学 矿业工程学院,安徽 淮南 232001;安徽理工大学 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽 淮南 2320012.安徽理工大学 矿业工程学院,安徽 淮南 2320013.中煤科工开采研究院有限公司,北京 1000134.安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心,安徽 淮南 232001
摘要：以曹家滩煤矿 122104工作面上覆厚层顶板为研究对象,建立了不同高度预制裂纹试样模型,开展了基于CT原位扫描的单轴压缩试验,研究了不同高度预制裂纹试样的强度特征、能量演化、裂纹动态扩展、微观形貌等力学特性以及力学损伤劣化过程.试验结果表明:①与完整试样相比,预制裂纹试样的峰值强度、声发射能量、总应变能、弹性应变能以及峰后应变能显著降低,上部、中部和下部预制裂纹试样的能量耗散指数分别升高了 24.7%、28.5%和 62.6%,强度折减指数分别升高了 21.9%、28.1%和 54.6%,冲击能量指数分别下降了 19.9%、20.9%和49.5%,其中下部预制裂纹卸压效果最好,破坏时的弹射初始动能最小;②完整试样与上部、中部、下部预制裂纹试样裂纹起裂时间分别为 89、44、42、39 s,破坏形式由完整试样的拉伸-劈裂破坏向预制裂纹试样的拉-剪复合型破坏转变,且随着预制裂纹高度降低,裂纹萌生与发育时间提前,断口处微裂纹、岩絮增多,下部预制裂纹试样的破裂断口表面孔隙率、最大孔隙面积、概率熵分别升高了 98.51%,317.58%和 5.38%;③在分析不同高度预制裂纹试样破坏特征的基础上,从阻碍力链传递角度揭示了预制裂纹试样损伤劣化机理.研究结果可为优化厚层顶板区域卸压层位选择提供理论参考.
关键词：厚层顶板能量转化裂纹扩展断口形貌CT扫描重构
分类号：TD323(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC2907502)安徽理工大学青年科技基金资助项目(2024JBQN0007)安徽省煤炭安全精准开采工程实验室开放基金资助项目(ESCMP202301)安徽省自然科学基金资助项目(2308085QE149)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-03（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 209-225 )
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