裂隙煤岩组合结构渐近破坏行为及应力演化特征
王凯1
张翔2
杜锋1
鞠杨3
李康楠2
孙加智2
王乙桥2
左晓欢2
1.中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000832.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 1000833.中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,北京 100083
摘要：结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响.在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩.因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要意义.研究对比分析了不同裂隙位置和裂隙角度对裂隙煤岩组合结构试样力学特性演变及渐近破坏特征的影响;进一步建立了裂隙煤岩组合结构的离散元模型,分析了裂隙位置与角度变化下的模型应力场演化、裂纹萌生扩展-特征应力值动态演变关系;最后,结合裂隙尖端应力场理论和界面约束效应理论,探讨了裂隙组合结构试样的力学机制.结果表明:裂隙主要作用于结构内的煤体,导致煤岩组合结构试样的强度和变形能力显著降低.试样的裂纹闭合应力、屈服应力、峰值应力、初始变形模量和弹性模量均随裂隙角度的增加而呈指数上升趋势.界面裂隙导致组合结构试样的损伤启动提前,屈服阶段的声发射计数在整个加载过程中占比较高.当裂隙角度靠近水平时,试样在达到峰值应力前裂纹扩展较快,累计损伤程度更大.不同试样的应变集中带均倾向于向煤体内传播,最终导致单材料或跨界面的宏观拉伸裂纹形成.研究还确定了力链场和应力场的特征区域分布,发现裂隙角度的变化会造成特征区域的偏转,其对界面约束效应产生显著影响.裂隙显著改变了常规煤岩组合结构中煤、岩体的极限强度分布.
关键词：裂隙煤岩组合结构应变场力学特性应力演化
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52130409)国家自然科学基金(52374249)国家自然科学基金(52121003)
论文发表日期：2025-01-27
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：20( 432-451 )
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