煤样三轴循环加卸载颗粒流模拟：力学特性与裂纹扩展

"煤样三轴循环加卸载力学特征颗粒流模拟" 本文是关于煤炭力学性质研究的一篇学术论文，作者田文岭、杨圣奇和方刚利用颗粒流程序PFC（Particle Flow Code）对煤样的三轴循环加卸载进行了模拟试验。他们首先基于煤样的常规三轴试验获取了能反映煤样宏观力学行为的微观参数。这些参数对于理解煤体在受力状态下的行为至关重要，因为它们关系到煤体的稳定性和可能的安全问题。 在模拟试验中，研究者关注了不同围压条件下的煤样表现，分析了煤样的宏观参数，如弹性模量和塑性应变，并观察了裂纹扩展的过程。弹性模量和塑性应变随加载轴向应变的变化揭示了一个重要的现象：弹性模量在初期随着轴向应变增加而增大，但随后降低；塑性应变则在加载初期稳定增长，然后迅速变化。这种行为表明煤体在循环荷载下的响应并非线性的，且存在一个由稳定到不稳定的转变点。 循环加卸载过程中，裂纹的数量展示出一种非"记忆"效应，即裂纹数目随加载循环的进行而逐渐增多。特别是在峰值荷载之后，微裂纹主要由宏观裂纹间的摩擦产生。这一发现对于理解煤体在循环荷载下的损伤累积和破坏机制具有重要意义。 进一步的分析表明，剪切带的形成是导致弹性模量和塑性应变出现拐点的关键因素。剪切带是应力集中和能量释放的区域，它的形成加速了煤样的破坏。通过观察裂纹在煤样内部的破裂过程，研究人员加深了对煤体在循环荷载作用下破裂机制的理解。 这篇论文的研究成果对于煤矿安全、煤炭开采设计以及地质灾害预防等方面具有实际应用价值，因为它提供了更深入的理论基础来预测和控制煤体在复杂受力条件下的行为。同时，它也强调了颗粒流模拟作为一种工具在理解和预测岩石材料力学行为方面的潜力。