榆横矿区弱胶结砂岩力学特性与本构模型研究

"榆横矿区砂岩的力学特性与本构关系在不同围压条件下的研究" 本文主要探讨了榆横矿区小纪汗煤矿煤层顶板砂岩在不同围压环境下的力学特性和本构关系。通过对砂岩的细观结构分析，确定其为弱胶结砂岩，这意味着其内部颗粒之间的结合力较弱，容易受到外部压力的影响而发生变形。 进行了一系列的三轴压缩实验，使用TAW-2000岩石压力机对砂岩样本施加不同等级的围压。实验结果显示，在初期受压阶段，砂岩呈现明显的压密现象，即在压力作用下体积缩小。随着围压的增加，这一压密阶段的持续时间（压密段长度）逐渐缩短。当压力进一步增大，砂岩从弹性阶段过渡到塑性阶段，这种转变在更高的围压下变得更加显著，表明砂岩的强度和韧性随着压力的增大而改变。 为了更深入地理解砂岩在受压状态下的行为，研究者应用了两种不同的本构模型进行分析：双应变胡克模型(Two-parts Hook’s Model, TPHM)和统计损伤模型。在屈服点之前，TPHM模型有效地描述了岩石的非线性弹性变形和弹性阶段的行为，这包括岩石在未达到破坏点之前的微小损伤和变形。而在屈服点之后，即岩石发生显著损伤的阶段，统计损伤模型则展现出更好的适用性，它能够捕捉到岩石内部结构损伤导致的变形特征。 这些研究结果对于理解和预测矿区砂岩在开采过程中的稳定性、顶板管理以及地下工程的设计具有重要意义。通过精确模拟砂岩的力学响应，可以更科学地评估地应力变化对矿井安全的影响，从而制定出更有效的开采策略和支护方案。此外，对砂岩本构关系的研究也为其他类似地质条件下的工程问题提供了理论支持。 本文通过实验和理论模型相结合的方式，揭示了弱胶结砂岩在不同围压下的力学行为，这对于提高煤矿开采的安全性和效率，减少地质灾害风险，具有深远的实践价值。