煤岩在不同应变率下的冲击动力响应与能量耗散研究

"不同应变率下煤岩冲击动力试验研究" 这篇科研论文主要探讨了煤岩在不同应变率下的冲击动力特性，通过使用φ75 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统进行了详细的测试。实验结果显示，煤岩的微观结构特征复杂且具有高度的离散性，这对其力学行为有显著影响。 在低应变率条件下，煤岩通常表现出轴向劈裂破坏的特征，即在受力过程中沿着特定方向发生断裂。然而，当应变率增加到较高水平时，煤岩的破坏模式转变为压碎破坏，这意味着在高压作用下，煤岩会变得更加破碎。这种转变揭示了应变率对煤岩动态响应的重要影响。 在冲击过程中，煤岩的能量行为也与应变率密切相关。随着应变率的增大，煤岩吸收并耗散的能量也随之增加。实验发现，耗散能与应变率之间存在弱幂函数关系或线性关系，这为理解煤岩在动态加载条件下的能量转换提供了理论依据。 此外，研究还关注了煤岩破碎后的块度分布。通过计算块度分维，研究人员发现煤岩破碎块度与应变率呈线性相关。具体来说，应变率越高，煤岩破碎成的块度越小，相应的分形维数也越大。分形维数在1.7至2.2的范围内变化，这反映了煤岩破碎程度与能量耗散的关系，即应变率越大，能量耗散越剧烈，煤岩破碎得更细，分形维数的增加则意味着破碎表面的复杂性增加。 这些发现对于理解和预测矿井中的冲击地压事件具有重要意义，因为冲击地压往往与煤岩的动态力学性能和能量耗散紧密相关。通过了解这些特性，可以更好地设计安全措施，预防因应变率变化导致的矿井事故，同时也有助于优化开采过程中的工程实践。 关键词涉及的领域包括煤岩力学、应变率、SHPB实验技术、动态力学性能、能量耗散以及分形理论在地质材料破碎研究中的应用。该研究受到了国家重点基础研究发展计划(973)和四川省青年科技基金的资助，进一步证明了其在煤岩动力学研究领域的前沿性和实用性。