基于平行黏结模型的含瓦斯水合物煤体宏细观力学性质研究
王楠楠1
高霞1
张吉哲2
张保勇3
吴强3
1.黑龙江科技大学建筑工程学院,黑龙江哈尔滨 1500222.山东大学齐鲁交通学院,山东济南 2500613.黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江哈尔滨 150022
摘要：为了研究围压和饱和度对含瓦斯水合物煤体宏细观力学特性的影响规律,对它进行三轴压缩试验离散元模拟.首先,利用颗粒流程序PFC3D构建3种不同饱和度的含瓦斯水合物煤试样数值模型,其中水合物的胶结作用通过平行黏结模型进行模拟.其次,通过与室内三轴试验结果进行比较,标定能够反映其力学特性的细观参数.试验结果和模拟结果的应力-应变曲线趋势基本吻合,破坏强度、强度参数误差率均在10％以内,从而验证所建模型的可靠性.进而,对不同围压下含瓦斯水合物煤体三轴试验进行离散元模拟,从应力-应变曲线以及速度场、接触力链、配位数及孔隙率角度分别分析其宏细观力学特征.结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果吻合较好,整体上能够较好模拟试样的应变硬化特征.从速度场变化规律可以发现,低饱和度下试样剪胀程度较高,高围压下试样剪缩程度较高.不同饱和度、围压条件下,破坏强度处的主力链传递方向没有明显区别.随着围压和饱和度的增大,接触力增大,接触力链个数增加;配位数整体呈增大趋势,孔隙率整体呈减小趋势,使得试样强度增强;摩擦是维持试样细观力学体系稳定的重要因素.研究结果从细观尺度上揭示饱和度和围压对含瓦斯水合物煤体强度变形破坏等宏观力学特性的影响机制,为含瓦斯水合物煤体三轴试验离散元模拟建模提供理论参考以及为利用水合物技术预防煤与瓦斯突出提供依据.
关键词：含瓦斯水合物煤体围压饱和度离散元细观力学
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(51674108)国家自然科学基金(51974112)国家自然科学基金(U21A20111)
论文发表日期：2024-09-30
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：13( 314-326 )
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