循环荷载对煤弹塑性及能量效应研究

"该文是关于单轴循环荷载对煤岩弹塑性和能量积聚耗散影响的研究，通过对二2煤进行单轴压缩循环加载实验，探讨了循环加载对煤体性能的变化规律。" 文章深入研究了循环加载对煤岩物理特性的效应，特别是对煤体弹塑性及能量积累与耗散的动态过程。首先，实验结果显示，在首次加载、卸载、再加载过程中，煤岩的弹性模量呈现出正相关性，这表明煤体的响应对加载历史有明显的记忆效应。随着加载循环次数的增加，煤岩的弹性应变和塑性应变均呈现特定的形状变化，弹性应变表现为倒"U"形，而塑性应变则呈现"U"形变化。这意味着煤体在多次加载下，其弹性行为与塑性变形都会经历一个从增强到减弱的过程。 此外，研究还发现，煤岩的弹性模量E、弹性能量指数Wet以及能量耗散率Wed同样遵循倒"U"形变化规律。首次加载循环的平均弹性模量变化率η约为30%，这表明煤体在初期的弹性响应较为显著，但随着循环的进行，其弹性特性逐渐减弱。同时，能量耗散方面，j sd的能量耗散曲线也呈现出"U"形特征，揭示了能量耗散在循环加载中的复杂动态。当弹性能量指数Wet达到峰值时，意味着煤体内部的弹性能量积累达到一个临界点，此时冲击现象最可能发生，对矿井安全构成潜在威胁。 实验还揭示了煤岩内部微裂纹的动态演变特性。随着应力振幅的增加，微裂纹的萌生和传播速度加快，同时微塑性变形的速度也随之提升。这些微结构的变化对能量的吸收和释放起到关键作用。在压密和线弹性阶段，弹性能量指数在加载程度增加初期上升，但在达到"弹塑性临界点"时达到最大值，这表明在特定的应力水平下，煤体的能量积聚能力最强，而超过这个点后，能量可能会更快地转化为其他形式，如热能或声能，导致能量耗散加剧。 这项研究对于理解煤岩在循环荷载下的行为模式，预测矿井动力灾害的发生，以及优化矿井安全措施具有重要的理论和实践意义。通过深入研究煤岩的弹塑性变化和能量动态，可以为矿井的安全设计和开采策略提供科学依据。