张拉裂缝在煤-岩界面处的跨界面扩展行为
李贤忠1
郝士刚1
衡帅2
李振华2
吴涛1
杜锋2
1.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 4540032.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454003;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454003
摘要：为深入认识张拉作用下裂缝在煤-岩界面处的复杂扩展行为及其控制机制,通过巴西劈裂试验,采用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)、声发射监测和高速摄像机观测等手段,系统研究了张拉裂缝以不同角度逼近煤-岩界面时的时空演化特征,探讨了张拉裂缝在煤-岩界面处的跨界面扩展行为及其控制机制.结果表明:巴西劈裂时,裂缝均自煤体张拉起裂,随后近似沿加载直径扩展至煤-岩界面处时会发生转向、止裂或穿过等复杂扩展行为,且在界面附近会发生非平面扭曲;裂缝跨过煤-岩界面后,在拉应力作用下会再次转向至加载直径方向,形成弧形扩展路径.当裂缝沿煤-岩界面扩展时,一般在强度较低的煤侧,扩展形态较简单;当裂缝以锐角扩展至煤-岩界面时,会转向至界面扩展一段距离,而后再次转向至最大拉应力方向,扩展形态较复杂;当裂缝垂直扩展至煤-岩界面时,会直接穿过界面,扩展形态较简单.裂纹几何特征、扩展路径、DIC数字图像相关获得的试样表面位移场和声发射事件RA(上升时间/振幅)值和AF(平均频率)值等均表明,煤-岩组合试样巴西劈裂时发生的主要为张拉破裂,即使裂纹发生转向或转折,主要破裂机制仍是张拉破裂.研究结果对深入认识张拉裂缝在煤-岩界面处的跨界面扩展行为及其控制机制等具有重要的理论指导作用.
关键词：煤-岩界面张拉裂缝跨界面扩展扩展行为破裂机制
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52174175)国家自然科学基金(52274078)国家自然科学基金(52174073)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 4986-5000 )
英文信息