准静态应变率下的煤岩非线性力学特性

论文摘要

为研究开挖扰动下煤岩的非线性力学特征,利用MTS815伺服刚性试验机对芙蓉白皎煤矿煤岩进行10-5～10-2s-1准静态应变率下的单轴压缩试验,分析准静态应变率下煤岩的应力-应变曲线、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学特性的变化规律,基于煤岩显著的非线性力学特征,修正并验证黏弹性损伤本构模型的合理性。研究表明:①煤岩单轴压缩荷载作用下具有明显的压密、线弹性、塑性屈服、峰后破坏4个阶段;煤岩力学特性应变率相关性突出,随着应变率的增加,压密阶段缩短,线弹性阶段增长,屈服阶段应力强化特征及峰后破坏阶段应力软化特征趋于明显;②由于原生裂隙的闭合和扩展,煤岩受载作用下,各阶段均呈现显著的非线性力学特征,随着应变率的增加,压密阶段和线弹性阶段表现出的明显非线性特征呈减弱趋势;③准静态应变率10-5～10-2s-1范围内,抗压强度随应变率增加由8. 83 MPa增加至12. 57 MPa,增长率42. 35%;弹性模量随应变率增加总体呈现先增加后减小的变化趋势,在10-5～10-4s-1应变率区间,弹性模量由1 644 MPa增加至1 825 MPa,随后在10-4～10-2s-1应变率区间内减小,变化趋势发生明显转折;泊松比在准静态应变率下随应变率增加而呈现逐渐减小的变化趋势,从1. 53下降到0. 71,减小53. 59%;整个准静态应变率范畴下,煤岩的力学特征参数（抗压强度、弹性模量、泊松比）均表现出显著的非线性变化趋势,均在临界应变率10-3s-1附近发生转折。④利用一个损伤体和一个Maxwell模型并联方式,综合考虑准静态应变率下煤岩的非线性变化特征后,引入材料常数a对胡克定律进行修正,推导得出准静态应变率下煤岩的非线性损伤演化本构方程,并结合煤岩单轴压缩试验对其合理性进行验证。

论文目录

• 1 煤岩制备及其试验方案
•   1.1 煤样制备
•   1.2 试验方案
• 2 准静态应变率下的煤岩力学特征
•   2.1 典型应力-应变曲线分析
•   2.2 不同应变率下的应力-应变曲线分析
•   2.3 抗压强度σ与应变率ε·的关系
•   2.4 弹性模量E与应变率ε·的关系
•   2.5 泊松比μ与应变率ε·的关系
• 3 准静态应变率下的煤岩非线性损伤演化本构方程
•   3.1 损伤演变方程的建立
•   3.2 考虑应变率的煤岩非线性损伤演化本构方程的构建
•   3.3 本构方程实验验证
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘晓辉,郝齐钧,吴世勇,张茹,余洁

关键词: 煤岩,准静态应变率,力学特征,非线性,本构方程

来源: 煤炭学报 2019年05期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程

单位: 西华大学流体与动力机械教育部重点实验室,西华大学能源与动力工程学院,雅砻江流域水电开发有限公司,四川大学水利水电学院,四川大学深地科学与工程教育部重点实验室

基金: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600702),四川省教育厅重点科研基金资助项目(18ZA0457),四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室开放基金资助项目(SKHL1718)

分类号: TD313

DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.6008

页码: 1437-1445

总页数: 9

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