岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (7): 2380-2395.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0603CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0603
任凌冉1,李利萍1,唐巨鹏1, 2,潘一山3,杨松1,张昕1
REN Ling-ran1, LI Li-ping1, TANG Ju-peng1, 2, PAN Yi-shan3, YANG Song1, ZHANG Xin1
摘要:
瓦斯压力是诱发和加剧煤与瓦斯突出(简称突出)的重要因素之一。为进一步揭示瓦斯压力对构造带突出煤体的作用,开展了瓦斯压力(0~2.4 MPa)梯度下的构造带突出煤体单轴压缩试验,结合颗粒流程序(particle flow code,简称PFC)离散元数值模拟,系统分析了瓦斯压力对煤体力学特性、损伤演化、裂纹扩展及能量演化的影响机制。试验结果表明瓦斯压力显著弱化煤体强度,单轴抗压强度与弹性模量均随瓦斯压力增大呈非线性下降趋势,降幅最高分别达15.85%和34.47%。基于模拟得到的声发射累计事件数定义的损伤变量将煤体破裂过程分为孔裂隙闭合、微裂纹萌生、扩展及贯通4个阶段,声发射信号由弱到强,峰值点处损伤变量随瓦斯压力增大而减小。通过将试验结果与模拟结果协同分析发现,煤体破坏模式受瓦斯压力调控,分为拉剪-滑移共轭破坏(瓦斯压力为0、0.4、1.6、2.0 MPa)和压剪-张拉-滑移共轭破坏(瓦斯压力为0.8、1.2、2.4 MPa),压剪-张拉-滑移共轭破坏下裂纹密度显著高于拉剪-滑移共轭破坏;瓦斯压力显著影响能量储存与耗散,低压(瓦斯压力为0.4~1.2 MPa)时,吸附瓦斯降低有效应力,削弱能量储存效率,高压(瓦斯压力为1.6~2.4 MPa)时,能量聚集与释放强度明显提升,突出风险激增。研究结果可为煤矿瓦斯抽采及突出预警提供参考。
中图分类号: TD 713| [1] | 李艳灵, 周伟, 王頔, 王辉, 曹万达, 马刚. 堆石料与砂砾石料形状差异对缩尺效应影响的离散元法初探[J]. 岩土力学, 2026, 47(7): 2475-2488. |
| [2] | 郭莹, 张小波, 曹志松, 易乐, 马永力, 姚池. 基于数字图像相关技术和有限-离散元法数值模拟的含孔洞千枚岩变形破坏机制研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(7): 2489-2501. |
| [3] | 陈一鹏, 金亦飞, 刘飞禹, 杨阳. 花岗岩残积土双向循环直剪试验及离散元法模拟[J]. 岩土力学, 2026, 47(6): 2189-2200. |
| [4] | 蒋明镜, 杨越群, 王思远. 深海能源砂土直剪试验下力学特征与应变局部化离散元分析[J]. 岩土力学, 2026, 47(4): 1431-1442. |
| [5] | 孙冠华, 王章星, 王娇, 董沂鑫, 石露, 刘治军, 林姗. 基于FDEM的地下内衬硐库密封结构-衬砌分缝协同优化设计研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(2): 497-514. |
| [6] | 伍玲玲, 胡苏诚, 黄梅钟, 胡林, 田亚坤, 郑槐淼, 喻清, 韦昌富, 张志军. 微生物矿化处理铀尾砂强度非均质性分析:试验与模拟[J]. 岩土力学, 2026, 47(2): 717-730. |
| [7] | 邱士利, 张世瑞, 江权, 黄青富, 张合作, 向天兵. 深部矿柱渐进失效机制与锚杆支护效应连续-非连续数值研究[J]. 岩土力学, 2026, 47(1): 281-295. |
| [8] | 喻昭晟, 陈晓斌, 周雨晴, 吕鑫龙, . 红层软岩崩解面释放率与崩解特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 285-296. |
| [9] | 孙志亮, 邵敏, 王叶晨梓, 刘忠, 任伟中, 柏巍, 李朋, . 管道破损诱发地面沉降细观模拟与影响因素分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 507-518. |
| [10] | 苗日成, 唐贝, 祁飞, 江志安, 崔溦, . 随机裂隙岩体滚刀破岩过程离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 541-552. |
| [11] | 劳国峰, 阳军生, 谢亦朋, 汤冲, 许志鹏, . 基于骨架结构指标的连续级配颗粒土峰值抗剪强度模型研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2459-2470. |
| [12] | 张海燕, 胡新丽, 刘欣宇, 李亚博. 含水率和剪切速率对黏性滑带土剪切行为及损伤演化的影响研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(8): 2471-2482. |
| [13] | 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. |
| [14] | 唐巨鹏, 黄磊, 潘一山, 任凌冉, 张昕, 张众华, . 煤层倾角突变区煤与瓦斯突出模拟试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1719-1730. |
| [15] | 高品红, 高晨博, 彭成威, 刘飞禹, . 降雨作用下花岗岩残积土边坡模型试验及离散元分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(5): 1632-1642. |
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