高温气煤蠕变研究：三轴应力与本构模型

"该研究主要探讨了在高温三轴应力环境下气煤的蠕变特性以及相应的本构模型。研究人员利用中国矿业大学研发的600℃20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机，对来自山东兴隆庄的气煤样本进行了实验。在200℃和400℃两种温度条件下，对气煤进行三轴应力蠕变测试，发现200℃时，气煤经历了明显的第1阶段和第2阶段，但没有出现加速蠕变阶段，而在400℃时，气煤很快进入了加速蠕变阶段。气煤在受热和受力的双重影响下，其变形表现为明显的黏弹塑性，即在加载过程中及后续变形阶段，都伴随着显著的塑性变形。通过分析不同温度下气煤的渗透率和孔隙率变化，初步确定300℃可能是气煤蠕变特性发生转变的关键温度。基于这些高温蠕变特性，研究者引入了一种新的非线性黏壶模型，构建了适用于高温环境下的气煤蠕变本构模型，该模型的理论曲线与实验数据吻合良好，证明了模型对于模拟高温气煤蠕变行为的有效性。" 在本文中，蠕变特性是指材料在恒定应力下随着时间推移而发生的缓慢、连续的形变。对于气煤，蠕变特性在不同温度下表现各异。在较低温度（200℃）下，蠕变分为两个阶段，但在较高温度（400℃）下，蠕变迅速进入加速阶段，这表明温度对气煤蠕变行为有显著影响。三轴应力状态是指在三个互相垂直的方向上同时施加压力，这种环境下的蠕变实验有助于全面理解材料在实际地质条件下的响应。 煤体的黏弹塑性变形意味着它在受到外力时表现出弹性、黏性和塑性的综合特性，即在加载初期呈现弹性变形，随后转变为黏性流动，并最终出现塑性变形。渗透率和孔隙率的变化揭示了气煤内部结构随温度改变的情况，这两个参数对于评估气体流动和煤体稳定性至关重要。 建立的非线性黏壶本构模型是一种数学工具，用于描述材料在特定条件下的力学行为。在本研究中，该模型成功捕捉了气煤在高温下的蠕变规律，为理解和预测气煤在地下开采过程中的长期稳定性提供了理论依据。此外，该模型的验证结果表明，它可以有效地模拟高温环境下的蠕变行为，对矿井安全管理和地质灾害预防具有重要意义。 这项研究不仅揭示了气煤在高温三轴应力下的蠕变特性，还为构建适用于此类条件的本构模型提供了新方法，为煤炭行业的安全开采和环境保护提供了理论支持。