煤岩组合体循环加卸载变形规律与裂纹演化研究

"该研究通过MTS 815试验机对煤岩组合体进行循环加卸载试验，深入探讨了煤岩在循环荷载作用下的变形规律和裂纹演化特性。研究发现，随着循环次数的增加，煤岩内部原有裂纹受到压密，导致轴向弹性应变增加，而轴向残余应变减少。环向弹性应变起初增加后减少，主要由于荷载增大引起煤体的环向扩张和新裂纹的产生。此外，计算得出的轴向裂纹应变显示，在应力增大过程中，应变先增后稳，其转折点对应裂纹闭合状态，可以确定轴向裂纹闭合应力和应变。新裂纹和孔隙闭合困难，导致它们在多次加载后逐渐增大。最后，利用建立的轴向裂纹闭合模型和峰前应力-应变关系模型对实验数据进行评估，模型预测与实际试验结果高度吻合，有效揭示了岩石非线性行为。" 本文详细分析了煤岩组合体在循环加载和卸载条件下的变形特征和裂纹演化规律。在循环荷载作用下，煤岩体表现出复杂的力学响应。首先，随着加载循环的增加，煤岩内部的原生裂纹受到压缩，这使得轴向弹性应变比例上升，弹性响应变得更加显著，而轴向残余应变比例下降，意味着煤岩在卸载后恢复的程度降低。另一方面，环向弹性应变的变化则呈现先增后减的趋势，这归因于荷载增强导致的煤体环向扩张以及新裂纹的形成。 裂纹闭合是循环加载过程中的一个重要现象。研究者计算了每次加载下的轴向裂纹应变，发现在应力逐渐增加的过程中，应变起初增加，然后趋于稳定，这个转折点对应于裂纹闭合的状态。此时的应力和应变值分别被定义为轴向裂纹闭合应力和闭合应变。值得注意的是，新的裂纹和孔隙由于结构复杂性，较难完全闭合，因此它们的大小会随着加载次数的增加而增大。 为了进一步理解这种行为，研究人员利用轴向裂纹闭合模型和峰前应力-应变关系模型对实验数据进行了理论分析。这两个模型的运用证实了理论预测与实验观测的吻合度较高，能够有效地描述岩石在加载前的非线性变形行为，这在理解和预测矿井岩体稳定性方面具有重要意义。 这项研究为理解煤岩在动态荷载下的力学响应提供了新的见解，对于改善矿井安全管理和岩体工程设计具有重要的参考价值。通过对煤岩组合体的深入研究，可以更好地预测和控制由循环荷载引起的地质灾害，如地压、裂缝扩展等，从而提高矿山的安全性和生产效率。