岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 2633-2652.doi: 10.16285/j.rsm.2023.1677
陈光波1, 2,唐薇1,李谭1, 2,王创业1, 3, 4, 5,王二雨1, 3, 4, 5,张国华6
CHEN Guang-bo1, 2, TANG Wei1, LI Tan1, 2, WANG Chuang-ye1, 3, 4, 5, WANG Er-yu1, 3, 4, 5, ZHANG Guo-hua6
摘要: 煤岩系统中煤层与岩层之间的层间薄弱带是裂隙分布的主要区域,这些裂隙贯穿于两岩层,严重影响着煤岩系统的力学性质与工程稳定。为探究贯穿裂隙对煤岩系统力学性质的影响,对5种裂隙长度、5种裂隙角度的裂隙煤岩组合体开展轴向加载试验,结果表明:(1)随裂隙长度的增加,抗压强度、弹性模量、峰值能量、冲击能量指数呈线性减小。随裂隙角度的增大,抗压强度、弹性模量、峰值能量、冲击能量指数先减小后增大。(2)试样破坏声发射活动均经历平静期、活跃期、剧烈期3个阶段。随裂隙长度的增加,声发射累计能量先增加后减小。随裂隙角度的增大,声发射峰值能量和累计能量先增大后减小。(3)裂隙长度和角度对翼裂纹、次生倾斜裂纹、次生共面裂纹、斜裂纹、次生衍生裂纹、翼裂纹衍生裂纹、远场裂纹以及剥落现象有一定影响。(4)随裂隙长度的增加,黏聚力和内摩擦角逐渐降低。随裂隙角度的增加,黏聚力和内摩擦角先减小后增大。(5)构建了考虑裂隙长度和裂隙角度的Drucker-Prager强度准则,合理性验证发现:试样误差在1.367%~5.055%合理范围之内。(6)基于耗散结构理论,分析了组合体失稳破坏机制,组合体破坏主要经历了准稳态、亚稳态、失稳、新稳态4个阶段;构建了裂隙煤岩组合体能量运移模型,分析了裂隙煤岩组合体失稳破坏过程中的能量运移规律。裂隙两端是能量积聚的主要区域,煤组分裂隙端破坏时,一部分能量运移到岩石组分裂隙端,以岩石组分破坏或变形的形式释放出去。研究结果可为探究深部煤岩力学性质、揭示煤岩动力灾害发生机制提供有益参考。
中图分类号: TD324| [1] | 孙闯, 蒲云波, 敖云鹤, 陶琦, . 冻融饱水裂隙砂岩力学特性及细观破裂演化特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2339-2352. |
| [2] | 乔龙全, 常聚才, 严良欢, 齐潮, 史文豹, . 类软岩真三轴劈裂注浆裂隙扩展特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 833-850. |
| [3] | 兰斌鹏, 王延平, 王卫国, 王义军, 赵跃, . 拉桩支护结构变形及工作机制试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 551-562. |
| [4] | 李永威, 徐林荣, 傅金阳, 商拥辉, . 列车荷载作用下铁路路基填料渗透破坏机制[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 299-308. |
| [5] | 宋硕, 任富强, 常来山, . 含预应力锚杆煤岩组合体破坏及声发射特征试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 449-460. |
| [6] | 王凯, 付强, 徐超, 艾子博, 李丹, 王磊, 舒龙勇, . 原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 623-633. |
| [7] | 茹文凯, 胡善超, 李地元, 马金银, 张晨曦, 罗平框, 弓昊, 周奥辉, . 煤岩组合体卸围压能量演化规律及耗散能损伤本构模型研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(12): 3448-3458. |
| [8] | 孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦, . 峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 52-62. |
| [9] | 陈光波, 张俊文, 贺永亮, 张国华, 李谭, . 煤岩组合体峰前能量分布公式推导及试验[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 130-143. |
| [10] | 范杰, 朱星, 胡桔维, 唐垚, 贺春蕾, . 基于3D-DIC的砂岩裂纹扩展及损伤监测试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1009-1019. |
| [11] | 汪铁楠, 翟越, 高欢, 李宇白, 李艳, 孙维振, 颜廷韵, . 静力压缩下煤岩组合体的裂前宏观弹性模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1031-1040. |
| [12] | 雷勇, 李鹏甲, 刘泽宇, 李金朝, 胡伟. 岩溶区穿越溶洞基桩屈曲临界荷载计算方法 与试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(12): 3347-3356. |
| [13] | 崔猛, 符晓, 郑俊杰, 吕苏颖, 熊辉辉, 曾晨, 韩尚宇, . 黄豆脲酶诱导碳酸钙沉淀多变量试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 3027-3035. |
| [14] | 夏洋洋, 方宏远, 张超, 潘艳辉, 翟文博, 石明生, . 顶管施工对新型复合装配式支护工作井的 力学响应分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(10): 2799-2808. |
| [15] | 杨 科, 刘文杰, 马衍坤, 许日杰, 池小楼, . 真三轴单面临空下煤岩组合体冲击 破坏特征试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 15-27. |
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