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本文首先从岩石力学试验系统入手,对煤样进行不同围压下的三轴压缩试验,根据现有Coulomb强度准则确定了煤的强度参数,并对其强度变形特性进行了分析。在试验的基础上,建立了煤的应力应变强度准则。另外,通过对大理岩进行逐步增加围压和卸围压的轴向压缩试验,确定了围压与峰值强度的关系。依据煤损伤破裂过程的统计规律和煤微元强度的概率分布观点,建立了煤在单轴压缩下统计损伤本构模型。基于“数据本构”的概念与不同围压下煤的全应力应变曲线特征,将单轴应力状态推广到三轴应力状态,首次建立了三轴统计损伤模型,并给出了模型中参数的求解方法和意义。
煤岩的流变特性是煤岩重要的力学特性之一,它控制着煤岩的蠕变参数和长期强度。然而,由于煤岩的流变特性极其复杂,影响因素诸多,试验要求较高。针对这种情况,本文通过分析现有的蠕变试验装置,利用液压控制原理,自行设计并研制完成一套适合进行煤岩单轴和三轴压缩蠕变试验的UCT-1型试验机。该试验装置具有体积小、易于操作、造价低廉、数据采集处理自动化等优点,适于推广应用。
利用自行研制开发的蠕变试验装置,选用单调连续加载方式和分级逐步加载方式,进行了大理岩和煤的单轴压缩蠕变试验,分析试验结果,建立了相应的蠕变理论模型,求出了蠕变参数。