真三轴动静组合加载饱水煤样能量耗散特征
作者:宋常胜; 王文; LIUKai; 袁瑞甫; 张世威; 李东印; 李化敏
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煤矿塌陷的发生与煤岩的物理力学性质、静载荷和动载荷作用下的结构失稳等有关。煤岩体失稳过程伴随着能量的吸收、储存、转换和释放。现场煤岩体破坏是一个受多种环境影响的复杂过程。很难定量描述煤和岩体释放和吸收的能量。煤岩在真三轴动、静联合载荷作用下的变形破坏机理及耗能特性值得深入研究。利用实三轴动、静载荷霍普金森冲击加载系统,对天然状态和饱和状态下的煤样进行了不同的动、静联合加载试验。通过试验,分析了煤样在两种状态下的真实三轴动静态联合加载变形破坏过程中能量的变化规律和比例特征。试验结果表明,水饱和处理可以降低煤样的弹性能储存能力。在相同Y轴静载荷下,含水煤样的能量反射率比天然煤样高17.25%~37.04%,天然煤样的能量吸收率比含水煤样高17.13%~55.95%。揭示了自由水抑制煤样裂隙能量的原因,使入射能量以反射能量的形式消散,煤在y轴方向的峰值能耗大于正相关方向,煤在y轴方向的能耗低于正相关方向。证实了在三维动、静态联合载荷作用下,水是引起煤样吸能破坏的主要原因。冲击能量被煤样和煤样中的水吸收。煤样吸收的能量被用来诱导新裂纹的形成,形成煤样的宏观破坏。水吸收的能量用于连接新旧裂纹,形成煤样内部微观结构破坏。研究结果可为解释动载荷扰动下煤层的破坏失稳及防治提供参考。