【摘 要】
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采空区上方层状岩体弯曲破坏的断裂形态是瓦斯运移路径的通道,也是瓦斯富集的区域。为获得煤岩层弯曲变形破坏的断裂面形态特征,制备了长方形组合体试件,开展了三点弯曲实验,系统研究了煤岩强度差异和厚度差异对断裂面形态的影响规律。(1)采用浇筑和自然叠放的方式,制备了尺寸为100mm×100mm×400m的煤岩组合体试块,设计了五种厚度比(1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3)和五种强度差异(5M
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采空区上方层状岩体弯曲破坏的断裂形态是瓦斯运移路径的通道,也是瓦斯富集的区域。为获得煤岩层弯曲变形破坏的断裂面形态特征,制备了长方形组合体试件,开展了三点弯曲实验,系统研究了煤岩强度差异和厚度差异对断裂面形态的影响规律。(1)采用浇筑和自然叠放的方式,制备了尺寸为100mm×100mm×400m的煤岩组合体试块,设计了五种厚度比(1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3)和五种强度差异(5MPa、10MPa、15MPa、20MPa、25MPa)。(2)开展了煤岩组合体三点弯曲实验,发现同条件下浇筑试块的抗弯强度约为自然叠放试块1～2倍,应力-应变曲线呈现出双峰值特征。(3)提出对断裂面进行网络划分、采用SOLIDWORKS软件进行三维重构的方法,并提取了试块断裂面横、竖向轮廓线与中心面的距离、角度及角度变化三个量进行断裂面的定量分析。(4)利用SOLIDWORKS软件测量分析的功能,得出距离、角度两个特征参数的具体数值,距离特征参数表明,煤岩组合体弯曲破坏时,裂纹从下部某处随机产生,并逐渐向加载点靠拢;角度特征参数表明,浇筑煤岩组合体的断裂面变化程度小于自然叠放试块,且断裂面的变化程度会随着厚度差异增大而减小。(5)利用ABAQUS软件模拟煤岩组合体弯曲破坏过程,分析了煤岩组合体弯曲破坏特征,当裂缝扩展至煤岩组合体交界面处时会沿着交界面水平迁移,此时裂纹尖端出现局部应力集中的现象;下层岩体厚度差异增大对局部应力集中的现象有弱化作用,以剪应力为主导的混合破坏模式是导致裂缝水平迁移的关键因素。通过实验室试验、数值模拟和理论分析的方法,得到了煤岩组合体在弯曲破坏作用下的力学特征与断裂面形态特征,研究成果对于分析上覆裂隙发展规律具有重要的指导意义。图[326]表[68]参[100]
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