孔周煤岩体损伤破坏及裂隙扩展规律的单向加载试验研究

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在瓦斯抽采过程中,钻孔周围煤体在外界工程应力反复干扰下会发生失稳变形破坏产生裂隙,导致瓦斯抽采效率低,易发生煤矿动力灾害,因而研究孔周煤岩体损伤破坏及裂隙扩展规律有很重要理论和现实意义。本文主要采用理论和试验研究相结合的方法,运用数字图像相关技术研究单向受载下孔周煤岩体的变形破坏特征及损伤破坏演化特征。首先,采用数字图像相关技术结合弹性理论对孔周煤岩体表面应变进行反演应力分析,根据损伤力学理论研究单向受载下孔周煤岩损伤破坏机理,分析煤样表面损伤因子与应力应变之间的关系,探讨不同煤岩体损伤破坏的表面应变及损伤破坏变化规律。其次,系统开展单轴、单级和分级等加载条件下的不同煤岩试样的损伤破坏试验,结合VIC-3D研究煤样表面应变场的变化,分析散斑损伤因子、瞬时应变、应变率和裂隙扩展速率之间的关系;根据蠕变模型研究不同煤样的蠕变参数及有效应力关系式,分析孔周煤岩体的抗压力学特性及蠕变规律。然后,通过在实验室进行钻孔试验,及无孔与含钻孔煤岩试样破坏表面变形对比的单向加载试验,研究孔周煤岩体的表面变形破坏与孔周裂隙扩展过程,分析单向受载下孔周煤岩体的损伤破坏过程中表面的损伤因子、裂隙扩展速率、应力与应变之间的变化规律。最后,结合损伤力学相关理论,采用数字图像相关方法建立单向加载条件下孔周煤岩体表面损伤破坏裂隙扩展力学模型,验证试验中表面损伤因子与裂隙扩展速率变化规律,为研究孔周煤岩体损伤破坏及裂隙扩展机理提供理论指导作用。
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