煤岩体孔隙应力模拟：不同加载方式下的研究

"王刚，江成浩，陈雪畅.煤岩体孔隙结构应力特征的数值模拟研究[J].煤田地质与勘探，2021，49(1)：57–64.doi：10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.006" 这篇研究论文探讨了煤岩体孔隙结构在不同加载条件下的应力分布规律。研究者运用CT三维重建技术构建了包含不同形状孔隙的煤岩体骨架模型，这些模型能够更真实地反映煤岩体的内部结构。他们利用ABAQUS软件进行了数值模拟，包括单轴压缩和三轴压缩实验。 在单轴压缩实验中，研究发现球形孔隙的应力分布特性显著：在垂直于压缩方向的上下区域出现拉应力集中，而在水平方向的左右区域则呈现压应力集中。这揭示了孔隙形状对煤岩体应力分布的重要影响。此外，研究还指出，加载速度的变化会直接影响球形孔隙周围Mises应力（综合衡量各向异性应力状态的量）的峰值以及主应力σ1，这为理解孔隙结构对煤岩体动态响应提供了关键信息。 在三轴压缩实验中，孔隙结构经历了四个阶段，即压密、弹性、塑性变形和最终的破坏。值得注意的是，在低围压条件下，弹性阶段的“应力-应变”曲线与“应力-时间”曲线几乎重合，这暗示了在特定条件下，煤岩体的应力反应可能更加瞬时且敏感。这一发现对于预测煤岩体的稳定性，尤其是在开采过程中的动态行为，具有重要的理论价值。 论文的研究方法和结论从微观层面为煤岩体力学的研究提供了新视角和新思路。通过对孔隙结构的深入分析，可以更好地理解和预测煤岩体在开采过程中的力学行为，有助于防止矿井灾害，提高煤矿的安全性和生产效率。此外，这些发现对于优化采矿工程设计，特别是对含孔隙结构的煤岩体进行合理应力路径控制，也具有实践指导意义。 这篇研究工作通过数值模拟技术揭示了孔隙结构在煤岩体应力分布中的关键作用，为未来的煤岩力学研究和矿井安全提供了理论基础。它强调了CT三维重建技术在地质工程领域的重要性，以及ABAQUS等高级数值模拟工具在解决复杂地质问题中的应用潜力。