煤矿井工开采中的各类工程煤体在类似周期载荷的采动应力作用下必然会产生疲劳损伤并不断累积,最终发生疲劳破坏。开展煤样单轴、三轴周期载荷疲劳试验,深入研究其疲劳损伤破坏机理,对科学评价工程煤体稳定性,防止矿井动力灾害事故发生具有重要指导意义。(1)研究了杨村煤矿16 煤的疲劳强度及变形特征。煤样发生疲劳破坏时的轴向变形离散性较小,并略小于常规压缩试验中峰后控制点对应的轴向应变。(2)分析了常规压缩和周期荷载试验中煤样破坏形态的差异及机理。常规压缩试验有利于尺度较大的裂纹发育,且裂纹发展迅速,煤样破碎程度低;而周期荷载试验时间长,有利于产生小裂纹,煤样较为破碎。(3)研究了周期荷载作用下煤样耗散能演化特征及影响因素。当周期荷载下限应力水平不变时,随上限应力水平的提高,煤样的平均耗散能增大;在相同类型的试验中,随围压的提高,煤样的耗散能增大;煤样的耗散能与周期荷载应力水平呈指数函数关系。(4)针对煤样初始阶段压密明显的特点,采用应变法提出了一种考虑零循环损伤的损伤变量表达式,与其它应变法定义的损伤计算公式相比,该公式能很好的描述煤样在周期荷载作用下的零循环损伤。(5)采用PFC数值模拟软件研究了煤样在周期荷载作用下的声发射特征。揭示了声发射活动在破坏应力水平时的初始、相对平静和活跃三阶段演化规律;提出了声发射比率的概念,声发射比率的演化特征能较好地反映煤样疲劳破坏的不同阶段。(6)研究了常规压缩和周期荷载试验中煤样的宏观和细观分形特征。煤样在常规压缩破坏时表面裂纹的分形维数小于周期荷载试验;随围压的提高,煤样块度—数量分形维数和块度—质量分形维数有降低的趋势;尺度范围越接近,煤样破坏断口的细观形貌分形维数差距越小。