三轴应力下煤岩力学特性和破坏模式研究

"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。