三轴应力下煤岩力学特性和破坏模式研究
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更新于2024-09-05
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"三轴压缩条件下煤岩力学特性及破坏模式"
在煤矿开采中,了解煤岩体的力学特性至关重要,因为它直接影响着开采的安全性和效率。本文着重探讨了在三轴应力环境下的煤岩力学行为以及破坏模式。研究人员通过一系列室内三轴试验,设置了不同的围压梯度(0.2、0.4、0.8、1.1、2.0、3.0 MPa),利用电-液伺服试验系统来模拟实际地下环境。这些试验旨在量化峰值抗压强度和弹性模量与围压之间的关系,并分析煤样的破坏特征。
试验结果显示,随着围压的增加,煤样的峰值抗压强度和弹性模量均呈现上升趋势。然而,这种增长并不是线性的。峰值抗压强度的增加幅度起初较大,但随着围压的进一步提高,增加速度逐渐放缓,显示出先快后慢的规律。这可以用对数函数关系来描述。相比之下,弹性模量随围压的增大以指数函数的形式递增,表现出更明显的敏感性。
在破坏模式方面,研究发现煤样的破坏形态会随着围压的增大而发生转变。初始阶段可能是拉伸主导的破坏,随后转化为拉剪混合模式,随着围压的持续增加,破坏模式更倾向于以剪切为主。这种转变揭示了煤岩在不同压力状态下的内在破坏机制,对预测和防止矿山事故具有重要意义。
通过这些试验数据,可以为特定矿区的深部开采提供关键的力学参数,帮助设计更安全、更高效的开采方案。同时,这些研究成果也为后续的理论预测和数值模拟提供了实测基础,有助于深化对煤岩力学特性的理解,进而推动煤矿安全技术的发展。
在试验实施过程中,试样采用钻孔岩芯,尺寸统一为直径50mm、高度100mm的圆柱形,确保了试验的标准化。试样端面经过精细打磨,以保持良好的平行度和垂直度,从而减少误差来源。通过这样的严谨实验设计,确保了测试结果的准确性和可靠性。
这项研究不仅揭示了三轴压缩下煤岩力学参数与围压的定量关系,还深入探讨了煤岩在不同压力条件下的破坏模式演变,为矿井安全开采提供了科学依据,对于预防和控制矿山灾害具有积极的实践指导意义。
2020-07-16 上传
2020-05-27 上传
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