煤岩体裂隙应力波传播的时间延迟及其影响因素数值分析

本文主要探讨了煤岩体应力波传播的规律及其影响因素，针对大多数煤岩体中存在的不同程度损伤和裂隙，研究者通过数值计算方法深入分析了应力波在含有单个裂隙的煤岩体中的传播行为。裂缝的存在导致了应力波在传播过程中表现出波速下降、能量衰减以及显著的时间延迟现象。研究的核心目标是理解这种延迟规律，并通过定量分析来评估煤岩体内部的破坏程度。 作者首先运用连续-非连续单元法（CDEM），对不同条件下的应力波波形特征进行了细致的分析。他们特别关注了应力波在通过裂隙前、裂隙中以及裂隙后的不同阶段，以揭示其动态变化特性。研究发现，应力波的过缝延时与裂隙宽度、岩层密度、荷载振幅和荷载周期等多个因素密切相关。具体来说： 1. 裂缝宽度：裂隙宽度对时间延迟的影响最为显著，研究结果显示，裂隙宽度增大时，应力波过缝延时也会相应增加。裂缝宽度引起的延迟时间是荷载周期的0.23倍，这意味着裂缝尺寸对时间延迟的贡献远超过其他因素。 2. 岩层密度：虽然岩层密度对延时也有影响，但其敏感性次于裂缝宽度，表明较密集的煤岩体内部可能具有更稳定的波速和能量传递。 3. 荷载参数：荷载振幅和荷载周期都对延时有一定影响，但整体上不如裂缝宽度和岩层密度重要。荷载周期的改变会改变应力波的频率，从而影响其通过裂隙的时间。 4. 弹性模量：作为材料的固有属性，弹性模量在一定程度上反映了煤岩体的刚度，对延时的影响相对较小，但依然是一个重要的影响因子。 通过这些深入的数值分析，研究者得出结论，连续-非连续单元法（CDEM）是一种有效工具，能够精确模拟应力波在含有裂隙的煤岩体中的传播规律。这项工作对于理解和预测煤矿开采过程中的应力波行为，优化开采技术和安全措施具有重要意义，同时也为岩石力学和断裂力学的研究提供了有价值的参考数据。