含瓦斯煤体多场耦合损伤断裂机理研究

"含瓦斯煤体内多场耦合及损伤断裂机理的研究，重点关注了应力场、瓦斯场和裂隙场之间的相互作用及其对煤体损伤断裂的影响。通过弹性力学、损伤力学和瓦斯渗流理论，建立了损伤变量来描述煤体在有效应力作用下裂隙的变化，以及损伤对孔隙率和有效应力的影响。论文进一步分析了在耦合作用下煤体内瓦斯压力的分布规律，揭示了微观损伤如何通过非线性串级过程导致宏观灾变。此外，从能量角度提出了含瓦斯煤体的损伤断裂准则。" 这篇2013年的自然科学论文深入探讨了含瓦斯煤体在开采过程中的多场耦合现象，特别是应力场、瓦斯场和裂隙场之间的复杂关系。研究者运用弹性力学理论来理解煤体在应力作用下的形变，结合损伤力学来刻画煤体内部裂隙的发展。他们引入了损伤变量，这个变量能够反映煤体在有效应力作用下裂隙的变化情况，同时也揭示了损伤对煤体孔隙率和有效应力的影响。 此外，论文还考虑了瓦斯渗流理论，通过建立耦合方程，分析了在这些场共同作用下煤体内微小变形如何影响煤体的宏观性能。作者给出了不同损伤状态下的瓦斯压力分布规律，揭示了这种多场耦合作用如何导致煤体内微损伤的积累，并最终引发宏观的灾害性事件。这一过程被描述为跨尺度的非线性串级发展，表明微观层面的损伤可以逐渐累积并触发大规模的煤体破坏。 从能量的角度出发，论文提出了一个含瓦斯煤体损伤断裂的准则，这为理解和预测含瓦斯煤体的稳定性提供了理论依据。尽管之前有研究关注了瓦斯流动和煤层变形的固流耦合，但基于应力场-瓦斯场-裂隙场耦合理论的系统研究尚不完善，这也是该论文致力于解决的问题。作者参考了沈为提出的弹塑性损伤变量，将其应用于描述煤体裂隙扩展的过程，从而为这个领域的理论体系填补了空白。 关键词包括瓦斯场、应力场、裂隙场、损伤、耦合和损伤变量，表明该研究的核心是这些因素在含瓦斯煤体损伤断裂机理中的作用。这项工作对于矿井安全和瓦斯治理具有重要的实践意义，有助于提高煤炭开采的安全性和效率。