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不同剪切角度下不同粒度砂岩力学响应机制差异性研究
1
作者 曹中宗 明芳 +3 位作者 胡芳红 韩国辉 秦剑云 杨发军 《陕西煤炭》 2026年第1期19-26,共8页
【目的】为探究不同粒径与剪切角度下砂岩力学响应机制。【方法】采用Sigma 300扫描电子显微镜和MTS万能试验机,对不同粒径的中砂岩、细砂岩、粉砂岩3种岩样分别开展9组不同剪切角度力学试验,分析不同剪切角度下砂岩力学响应机制。【结... 【目的】为探究不同粒径与剪切角度下砂岩力学响应机制。【方法】采用Sigma 300扫描电子显微镜和MTS万能试验机,对不同粒径的中砂岩、细砂岩、粉砂岩3种岩样分别开展9组不同剪切角度力学试验,分析不同剪切角度下砂岩力学响应机制。【结果】研究结果表明,随着砂岩粒径的减小,其抗剪强度显著提升,细砂岩与粉砂岩的峰值强度分别比中砂岩提高了63.27%与89.55%;剪切应力峰值强度随剪切角度增大呈现“Z ”型变化趋势,且细砂岩剪切强度为14.93 MPa,受剪切角度影响变化的幅度最大;砂岩峰值强度转折点随粒径减小而前移,细砂岩与粉砂岩较中砂岩转折角度分别提前了0°~10°与20°~30°;在砂岩剪切破坏过程中,随着砂岩粒径的减小岩样弹性能增加幅度从0.39扩大至1.1,脆性指标从0.42提高至0.55。【结论】研究结果可为矿山巷道围岩控制技术研究提供依据,并确保矿山安全高效开采。 展开更多
关键词 粒径 微观结构 剪切角度 强度变化趋势 砂岩抗剪特性
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综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数优化研究
2
作者 王浩森 谢猛 +5 位作者 钱程 管伟明 冯浩宸 韩小乐 李海鹏 张雪卫 《煤炭技术》 2026年第1期46-52,共7页
以山西神磊煤矿150202厚硬基本顶综放工作面为工程背景,开展了切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数优化研究。通过构建切顶后采场上覆岩力学模型,理论分析得出了切顶参数对基本顶未贯通面拉应力的影响规律,即拉应力随切顶高度增加呈近似... 以山西神磊煤矿150202厚硬基本顶综放工作面为工程背景,开展了切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数优化研究。通过构建切顶后采场上覆岩力学模型,理论分析得出了切顶参数对基本顶未贯通面拉应力的影响规律,即拉应力随切顶高度增加呈近似指数增长,随切顶角度变化呈抛物线分布。基于此,采用3DEC数值模拟软件,研究了不同切顶高度(0~19m)和角度(0°~20°)对留巷顶底板移近量及实体煤帮支承压力的影响。结果表明:增大切顶高度可显著降低留巷围岩变形与应力集中,但超过17m后效果增幅趋缓;切顶角度存在最优区间,15°时卸压效果最佳,角度过大反而会加剧留巷变形。现场试验验证了理论分析与数值模拟结果,确定该工作面最优切顶参数为高度17m、角度15°。研究成果为类似地质条件下切顶成巷技术的应用提供了参考。 展开更多
关键词 综放工作面 巷道变形 切顶成巷 数值模拟 切顶参数
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不同物料比下煤矸石基混凝土力学性能差异性分析
3
作者 杨真 郭争利 《陕西煤炭》 2026年第1期56-61,68,共7页
【目的】为减少煤矸石堆积的不利影响,节约自然资源,在混凝土配制中采用人工煤矸石作为细骨料。【方法】考虑混凝土强度等级(C30、C50)和替代率(0%、25%、50%、75%、100%),对煤矸石混凝土的力学性能进行了实验和理论研究。【结果及结论... 【目的】为减少煤矸石堆积的不利影响,节约自然资源,在混凝土配制中采用人工煤矸石作为细骨料。【方法】考虑混凝土强度等级(C30、C50)和替代率(0%、25%、50%、75%、100%),对煤矸石混凝土的力学性能进行了实验和理论研究。【结果及结论】结果表明,煤矸石会削弱水泥砂浆与粗骨料过渡区的黏结性能;无论混凝土等级如何,随着替代率的增加,煤矸石混凝土的弹性模量和轴向抗压强度都有所降低。当替代率为100%时,C30混凝土的弹性模量和轴向抗压强度分别降低3.1%和12.7%,而C50混凝土的弹性模量和轴向抗压强度分别降低6.1%和22.6%。而后,在试验结果的基础上,提出了不同替代率下煤矸石混凝土力学性能的预测公式。 展开更多
关键词 煤矸石 细骨料 力学性能 预测公式
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动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律 被引量：3
4
作者 蒋力帅 杨一鸣 +3 位作者 赵阳 李皓哲 吴琦 彭晓涵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期137-150,共14页
深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力... 深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响,通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验,使用高速摄像机观察裂纹发育情况,并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明:随着内部裂隙倾角角度增加,类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大,均在30°时最低;随着裂隙数量的增多,垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙;试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律,裂隙倾角较小时,松散充填物的存在会加剧应力波衰减,使能量耗散增加,随裂隙倾角增加,充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小;相同裂隙倾角下,随裂隙数量的增加,垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙,与试样动态峰值应力呈正相关;随着裂隙倾角的增大,试样的分形维数先增加后减小,30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大,试样的分形维数最大;裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀,试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律,为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础,对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。 展开更多
关键词 动力荷载 砂型3D打印 内部裂隙 动态力学特性 能量耗散 分形维数
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干湿循环作用下砾岩力学特征及损伤劣化机理试验研究 被引量：2
5
作者 陈绍杰 薛守振 +3 位作者 尹大伟 王亚博 屈晓 马宏发 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期1-17,共17页
为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试... 为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试样损伤劣化模型,从细观结构和组分变化方面揭示了砾岩试样损伤劣化机理。试验结果表明:(1)砾岩试样力学性能随着干湿循环次数的增加逐渐降低,在峰后阶段单轴压缩应力–应变曲线由陡峭式下降转变为延展性下降,试样塑性破坏程度增大,其破坏模式由拉伸破坏向剪切弹射式破坏转变。(2)随着干湿循环次数的增加,砾岩试样形成变形局部化带时间提前且数量增多,试样声发射振铃计数突增;在峰前阶段弹性能密度下降导致试样峰值应力降低,在峰后阶段释放能密度上升导致试样破碎程度增大。(3)在干湿循环过程中,高岭石、伊利石等矿物被溶蚀,砾岩试样内部缺陷不断扩张、收缩,与XH–0d组试样相比,破裂断口处平均孔隙率分别上升了6.96%,14.41%,24.00%和48.10%;随着干湿循环次数的增加,砾岩试样损伤加剧,有效承载结构面积下降,导致其力学性能劣化。研究成果能够为保障煤层安全开采提供一定参考。 展开更多
关键词 干湿循环 强度特征 变形破坏 能量演化 组分变化 劣化机理
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流变扰动效应下红砂岩敏感邻域范围试验研究 被引量：2
6
作者 王波 任永政 +5 位作者 田志银 马世纪 高翔宇 孙宏旭 王军 黄万朋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期255-265,共11页
深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响,失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中,岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂... 深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响,失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中,岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂岩流变的轴向应力等级,选取岩石流变扰动效应下具有标志性的累计残余变形发展阶段(衰减阶段、近似等速阶段及加速阶段),结合流变扰动效应下其与岩石微观孔隙结构动力响应的一致相关性,多角度分析红砂岩流变扰动效应敏感邻域的演化特征。研究结果表明:①在不同围压条件下,红砂岩流变扰动累计残余变形的发展阶段表现出与静态流变相似的特征。随着围压的增加,其不同阶段的反应特征和速率都会发生显著变化,从而对岩体的稳定性和强度产生一定影响。②利用岩石流变扰动敏感性相关系数,进一步将红砂岩流变扰动敏感邻域划分为弱敏感区和强敏感区,并指出弱敏感区应作为流变岩体稳定性防护的关键阶段。③综合不同围压条件下的宏微观损伤演化特征响应分析,围压增大会导致红砂岩流变扰动敏感邻域范围的收缩和弱敏感区间的减少,加速了向强敏感区的特征转化。同时,随着围压的增大处于强敏感邻域内红砂岩的破坏发育速率也随之增大。本研究通过岩石流变扰动效应下对红砂岩微观孔隙结构和宏观变形量动力响应的综合分析,多角度揭示红砂岩流变扰动效应敏感邻域的动态演化特征,为深部岩体的安全开采和稳定性评估提供理论依据。 展开更多
关键词 岩石流变扰动效应 扰动敏感邻域 强敏感区 弱敏感区 敏感邻域演化特征
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动载循环作用下砂岩的动态力学响应及破坏特征 被引量：3
7
作者 赵光明 秦志宏 孟祥瑞 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期18-33,共16页
针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征... 针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征。研究结果表明:(1)随动载幅值增加,砂岩滞回环由“疏-密”向“疏-密-疏”变化,依据动载循环期间试样塑性变形量,将动载周期划分为对数上升阶段Ⅰ、匀速损伤阶段Ⅱ和指数加速阶段Ⅲ。(2)动载对试样强度的弱化作用存在阈值,当动载水平为70%σ_(c)时,诱发砂岩发生破坏的幅值阈值在17.5%~22.5%σ_(c)范围内,低于阈值的动载作用不会造成砂岩失稳,越过阈值后砂岩强度、破坏前动载持续时间与动载幅值及频率均成负相关。(3)动载幅值与频率对砂岩弱化作用机制存在差异,动载幅值、频率均与动载单次循环平均塑性变形Δε_((i))^(-)成正相关,但Δε_((i))^(-)对动载幅值更为敏感,在阶段Ⅰ、Ⅱ内随幅值增大呈指数型增长。动载幅值主要通过提升塑性变形量来实现对砂岩的弱化作用;而动载频率提升降低了动载循环间隔,在砂岩内部形成小增量、短时、连续的损伤,从而实现对砂岩的弱化作用。(4)砂岩AE信号累计能量与振铃计数率随动载幅值的增大呈指数型变化,也随动载频率的增加同步增长。随着动载幅值增加,砂岩微观裂隙起裂、扩展程度递增,剪切裂纹占比增大;随着动载频率增大,砂岩拉伸裂纹占比增大。 展开更多
关键词 岩石力学 砂岩 循环动载 动态力学响应 渐进损伤
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不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响 被引量：1
8
作者 陈岩 王嘉豪 +3 位作者 邓良涛 洪紫杰 荣腾龙 侯志强 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期29-36,共8页
目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表... 目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33~0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应。结论研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值。 展开更多
关键词 煤岩组合体 巴西劈裂 强度特征 能量特征 裂纹演化
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水围压环境下煤的冲击破裂特征及能量耗散规律试验研究 被引量：1
9
作者 王凯 冯国瑞 +1 位作者 白锦文 张俊亮 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期467-476,共10页
为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,... 为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律,基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展煤样的可视化试验,研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征,分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系,阐明水围压作用对煤样能量吸收—转化—释放的影响特征。结果表明:水围压环境中,煤体的动态强度呈现明显的应变率效应。水围压与煤体的动态强度之间具有良好的二次函数关系,且随水围压的升高煤样的破坏应变呈递减趋势,破裂模式由轴向劈裂破坏向压剪破坏转变。冲击载荷越大,输入煤体的总能量和用于损伤变形的耗散能越高,煤体的变形程度也愈严重。随着水围压的增大,总输入能呈现逐渐增加的变化趋势,意味着煤体发生破坏时需要外界输入更多能量。 展开更多
关键词 水围压 霍普金森压杆(SHPB) 煤 断裂特征 冲击载荷 能量耗散
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含瓦斯煤力学特性及其破坏风险等级预测模型 被引量：1
10
作者 杨科 许日杰 +4 位作者 张杰 池小楼 刘文杰 郑诗章 刘旺军 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第2期404-417,共14页
为研究深部煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及风险判识方法,以两淮矿区芦岭矿煤样为研究对象,开展了不同初始瓦斯压力下煤样单轴压缩试验,分析了瓦斯压力变化对煤体力学特性、破坏特征及声发射事件的影响规律,建立了基于卷积随机向量函数连接... 为研究深部煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及风险判识方法,以两淮矿区芦岭矿煤样为研究对象,开展了不同初始瓦斯压力下煤样单轴压缩试验,分析了瓦斯压力变化对煤体力学特性、破坏特征及声发射事件的影响规律,建立了基于卷积随机向量函数连接网络(CRVFL)的含瓦斯煤破坏风险等级预测模型。研究结果表明:含瓦斯煤应力-应变曲线峰值应力前存在明显塑性应力降现象,局部应变能得到提前释放,随着瓦斯压力升高,煤样峰值应力与弹性模量均呈指数型函数减小;煤样破坏形态与碎屑分布受瓦斯压力变化影响明显,随着瓦斯压力升高,破坏模式由剪切破坏逐渐转变为张拉破坏,分形维数呈对数型函数增长;含瓦斯煤渐进破坏过程中会产生明显的声发射能量信号激增现象,最大声发射能量幅值随瓦斯压力升高先急剧减小后稳定下降;CRVFL模型能够对含瓦斯煤破坏风险等级进行有效预测,准确率均大于99%,体现了模型的稳定性与数据泛化能力。研究成果为深部高瓦斯煤层煤岩瓦斯动力灾害风险判识提供了理论基础。 展开更多
关键词 岩石力学 含瓦斯煤 声发射 机器学习 破坏预测
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冻融循环作用后白砂岩物理力学性质及声发射特征试验研究 被引量：1
11
作者 赵奎 沈德康 +4 位作者 曾鹏 杨贤达 熊良锋 龚囱 李从明 《中国矿业》 北大核心 2025年第9期216-225,共10页
为了研究冻融循环次数与冻融时长对岩石物理力学特性的影响,以白砂岩为研究对象,开展了2种冻融时长与5种冻融循环次数的冻融试验,并对冻融循环后的白砂岩进行单轴压缩声发射(AE)试验,重点研究了冻融循环次数、冻融时长对白砂岩物理力学... 为了研究冻融循环次数与冻融时长对岩石物理力学特性的影响,以白砂岩为研究对象,开展了2种冻融时长与5种冻融循环次数的冻融试验,并对冻融循环后的白砂岩进行单轴压缩声发射(AE)试验,重点研究了冻融循环次数、冻融时长对白砂岩物理力学性质及声发射特征的影响,同时分析了白砂岩破坏过程中的声发射主频多重分形特征。研究结果表明:①随着冻融循环次数和冻融时长的增加,白砂岩的质量、纵波波速、峰值应力和弹性模量均逐渐减小,孔隙度与峰值应变逐渐增加;②冻融循环对白砂岩孔隙结构的影响,主要表现为T2谱总面积的显著增长和大孔的快速扩展,且冻融时间的增加会加剧岩石内部的孔隙扩展和结构破坏;③随着冻融循环次数增加,应力应变曲线的压密阶段上凹程度减弱,弹性阶段斜率逐渐减小,屈服阶段非线性变形加剧,破坏阶段变形量增大,且较长冻融时长,导致岩样结构劣化显著;④声发射事件率变化可划分为初始活跃阶段、稳定增长阶段和陡增高峰阶段。随着冻融循环次数的增加,累计声发射事件率不断增加,随着冻融时长的增加,累计声发射事件率增长更显著;⑤随着冻融循环次数和冻融时长的增加,声发射多重分形参数Δα减小,Δf增大,冻融循环次数的增加降低了声发射信号差异性,随着冻融时长的增加,声发射信号越均匀。 展开更多
关键词 冻融循环 冻融时长 物理力学性质 声发射(AE) 多重分形
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流变扰动条件下红砂岩敏感邻域范围试验 被引量：1
12
作者 王波 田志银 +5 位作者 马世纪 任永政 高翔宇 孙宏旭 黄万朋 王军 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期917-929,共13页
在扰动载荷作用下,处于“敏感邻域”内的流变岩体容易发生变形破坏,为深入研究围压对扰动“敏感邻域”范围的影响规律,以红砂岩为研究对象,使用RRTS-Ⅳ型岩石流变扰动效应试验系统,对不同围压和轴压作用下的流变岩体进行扰动冲击试验,... 在扰动载荷作用下,处于“敏感邻域”内的流变岩体容易发生变形破坏,为深入研究围压对扰动“敏感邻域”范围的影响规律,以红砂岩为研究对象,使用RRTS-Ⅳ型岩石流变扰动效应试验系统,对不同围压和轴压作用下的流变岩体进行扰动冲击试验,观察轴向扰动应变随轴压的变化规律,并分析不同围压条件下“敏感邻域”的变化情况,利用核磁共振分析系统,对比分析流变岩体在不同围压条件下,处于敏感区和非敏感区的流变岩体在扰动前后的孔隙率、T_(2)谱曲线、谱峰面积和孔径分布的变化规律。试验结果表明:当围压保持恒定,轴向扰动应变值随轴压的增大呈现出先降后升的非线性趋势,且当作用于流变岩体上的轴压越接近于该围压条件下的长期强度时,动态扰动所产生的轴向扰动应变值越大。处于不同围压条件下流变岩体,会存在一个敏感过渡点(σ_(m)),它决定了流变岩体对动态扰动的敏感程度。当σ_(1)<σ_(m)时,流变岩体的敏感程度随轴压的增大而减小,当σ_(1)≥σ_(m)时,流变岩体的敏感程度随轴压的增大而增大,并根据流变岩体的敏感程度不同划分出3个敏感区域:R_(1)非敏感区、R_(2)敏感区和R_(3)蠕变破坏区。确定了敏感邻域的范围(△_(σ))应介于长期强度(σ_(p))与敏感过渡点强度(σ_(m))两者之间,并通过计算不同围压条件下“敏域比”的变化情况,发现围压对岩体内部裂纹扩展的抑制作用和损伤阈值的提高并非线性增加的,而是呈现出一种减速增长的趋势。当流变岩体处于敏感区时,外部扰动冲击会导致岩体内部产生新的微小孔隙,且在扰动冲击的作用下岩体内部的微小孔隙会逐渐贯通、扩展为新的大孔径孔隙,使得岩体内部的孔隙数量增大,同时外部扰动冲击对岩体内部孔隙发育的影响也会随着围压的增大而逐渐降低。当流变岩体处于非敏感区时,外部扰动冲击会使得岩体内部的大孔隙发生闭合,致使岩体内部的总孔隙数量减少,同时,岩体内部新生微小孔隙的形成速率和大孔隙的闭合速率都会随着围压的增大而逐渐降低。研究成果对于丰富三轴岩石流变扰动效应相关理论具有重要的现实意义。 展开更多
关键词 三轴流变扰动试验 扰动应变 敏感邻域 扰动损伤 孔隙发育
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三轴压缩及峰后循环荷载下轴向孔洞砂岩力学及渗流特性影响研究 被引量：1
13
作者 张培森 方家鑫 +5 位作者 裴海伦 许大强 鞠照强 王洪伟 李霄 赵铭 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期178-186,共9页
为探究峰后循环荷载作用对含轴向孔洞缺陷岩体力学、渗透性的影响,明确工程重复扰动对缺陷底板岩体突水的影响规律,基于岩石自适应多场耦合试验仪,开展了20 MPa围压下孔径为5、10、15、20 mm轴向孔洞砂岩峰后循环荷载试验研究。研究结... 为探究峰后循环荷载作用对含轴向孔洞缺陷岩体力学、渗透性的影响,明确工程重复扰动对缺陷底板岩体突水的影响规律,基于岩石自适应多场耦合试验仪,开展了20 MPa围压下孔径为5、10、15、20 mm轴向孔洞砂岩峰后循环荷载试验研究。研究结果表明:常规三轴压缩阶段,岩石渗透率随岩石内部裂隙的闭合、发育对应出现减小、增大的情况。5 mm孔径孔洞岩石脆性破坏特征明显,10、15、20 mm孔径孔洞岩石呈间歇性破坏形式,孔洞影响了岩石破坏特征。峰后循环阶段,岩石渗透率变化随轴压、围压作用呈规律性循环,循环卸载阶段岩石渗透率出现快速上升和快速下降现象。循环加卸载使岩石产生累积损伤,岩石循环承载能力随孔洞孔径增大而降低,峰后循环加卸载下含孔洞岩石渗流通道扩张总量大于渗流通道岩石颗粒堆积堵塞总量。含孔洞岩石破坏形式仍为贯通剪切破坏,循环荷载使次生剪切裂纹发育,且随孔洞孔径增大,裂纹发育程度越大,岩石破坏模式趋于复杂。 展开更多
关键词 岩石力学 峰后循环荷载 孔洞岩石 力学特性 渗流特性
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复杂应力下软岩等效蠕变损伤模型及大变形规律研究 被引量：1
14
作者 孙闯 王伟州 +2 位作者 王来贵 陈东旭 白艺冰 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期166-177,共12页
软岩巷道在长期载荷作用下易发生蠕变损伤,影响其稳定性。通过现场勘查及室内试验分析巷道软弱围岩力学及蠕变特性,构建软岩非线性蠕变损伤模型,并通过UDEC数值计算验证其合理性,研究分析了软岩巷道变形的时效规律,在现有支护的基础上... 软岩巷道在长期载荷作用下易发生蠕变损伤,影响其稳定性。通过现场勘查及室内试验分析巷道软弱围岩力学及蠕变特性,构建软岩非线性蠕变损伤模型,并通过UDEC数值计算验证其合理性,研究分析了软岩巷道变形的时效规律,在现有支护的基础上提出了优化支护方案,并应用于现场工程。研究表明:巷道围岩蠕变试验中蠕变速率和变形量随应力增加而提升,且稳态蠕变的过渡时间延长;采用UDEC软件数值求解蠕变损伤模型,通过数值计算得到软岩加速蠕变曲线与试验曲线吻合,验证了模型的可靠性;蠕变导致围岩变形与裂隙范围不断扩大,暴露出现有支护系统的不足;优化方案通过增加并加长锚杆同时引入预应力,增强了支护系统的协同控制能力与稳定性。深入研究软岩蠕变损伤特性及其时间演化规律对于优化支护与保障工程安全具有重要意义。 展开更多
关键词 软岩巷道 蠕变损伤 数值模拟 时效规律 支护设计
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不同围压和冲击速度下锚注加固单裂隙红砂岩动态力学特性研究 被引量：1
15
作者 杨大方 陈舒凯 +2 位作者 李佳赛 冯文林 高帅 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第5期2180-2190,共11页
随着地下工程领域的持续拓展与深化,以冲击地压为典型代表的动力灾害问题日益凸显,对工程安全与稳定构成了严峻挑战。鉴于巷道周边岩体在开采活动前即已承受复杂的三向应力状态,深入探索并揭示其三维动态力学行为特性,对于有效预防与减... 随着地下工程领域的持续拓展与深化,以冲击地压为典型代表的动力灾害问题日益凸显,对工程安全与稳定构成了严峻挑战。鉴于巷道周边岩体在开采活动前即已承受复杂的三向应力状态,深入探索并揭示其三维动态力学行为特性,对于有效预防与减轻冲击灾害具有很大价值。锚注联合支护是地下工程裂隙围岩动力灾害防控的常用支护方式,但锚注支护设计多以经验为主,亟须研究冲击荷载作用下锚注加固裂隙岩体抗冲特性,为破裂围岩冲击地压巷道锚注加固抗冲设计提供科学依据。采用SHPB冲击试验系统,考虑应力和应变率的影响,对锚注加固单裂隙红砂岩试样进行不同围压和冲击速度加载条件下的动态力学特性研究工作。在此过程中,详细讨论了试样的应力-应变曲线特征、动强度表现、动变形行为、耗能特性以及破坏模式。研究结果表明:不同围压和冲击速度加载条件下试样的应力应变曲线具有明显的应变硬化和塑性流动,随着围压和冲击速度的增大,试样动峰值强度均呈现增大的趋势;动峰值应变随着冲击速度的增大而增大,随着围压的增大而减小,动割线模量则与之相反;通过三维曲面拟合描述耗散率随围压以及冲击速度的变化特征,得到近似满足带常数项的三维曲面预测模型,为预测和控制岩体的能量耗散过程提供有力的数值支撑。 展开更多
关键词 围压 冲击荷载 动态力学特性 锚注加固 能量耗散
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浸水与应力共同作用后岩体结构面本构关系试验研究 被引量：1
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作者 张鹏海 贺忠媛 +2 位作者 杨天鸿 刘溪鸽 侯俊 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期145-153,共9页
水力耦合作用下结构面抗剪强度降低是诱发顺倾滑坡的主要原因之一,因此,研究浸水与应力共同作用下的结构面剪切力学行为可以帮助解译顺倾边坡的滑移失稳机制。以研山铁矿东帮顺倾含水边坡为工程背景,开展了不同浸水时长及应力水平共同... 水力耦合作用下结构面抗剪强度降低是诱发顺倾滑坡的主要原因之一,因此,研究浸水与应力共同作用下的结构面剪切力学行为可以帮助解译顺倾边坡的滑移失稳机制。以研山铁矿东帮顺倾含水边坡为工程背景,开展了不同浸水时长及应力水平共同作用后的贯通结构面剪切试验,在分析结构面剪切应力及应力—位移曲线变化规律的基础上,分别采用非线性回归及分阶段拟合方法构建了浸水与应力共同作用后的结构面剪切应力拟合公式及剪切本构模型。研究结果表明:①随着浸水时长和预应力增大,结构面峰值及残余剪切应力、黏聚力和内摩擦角呈现负指数型下降趋势,黏聚力劣化程度明显高于内摩擦角;②浸水时长及浸水过程中施加的预应力均会对结构面的剪切应力产生影响,且预应力大小的影响程度略高于浸水时长;③浸水、应力共同作用后,剪切法向应力的增加不仅提高了峰前阶段的剪切刚度,还降低了峰后阶段的刚度下降速率;④以屈服点、峰值点及残余应力点为分割点构建的新型剪切本构模型显著优于传统剪切本构模型,更加适用于描述浸水及应力共同作用后的结构面剪切行为。研究成果为理解和预测结构面控制型浸水边坡滑移失稳过程提供了坚实的试验基础,有助于提升对浸水边坡稳定性评估的科学性和准确性。 展开更多
关键词 水力作用 岩石结构面 剪切变形 本构关系
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基于RSM–BBD的复合煤岩冲击动力学特征 被引量：3
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作者 解北京 栾铮 +3 位作者 李恒 武博文 李晓旭 程昌昊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期109-123,共15页
深部煤岩体及煤岩组合承载结构的整体失稳是诱发矿井煤岩动力灾害的主要原因之一。为探究复合煤岩的动力学响应行为,首先借助?50 mm的分离式霍普金森压杆系统,对复合煤岩开展冲击加载试验,探究应变率A(50~350 s-1)、侧向围压B(4~16 MPa... 深部煤岩体及煤岩组合承载结构的整体失稳是诱发矿井煤岩动力灾害的主要原因之一。为探究复合煤岩的动力学响应行为,首先借助?50 mm的分离式霍普金森压杆系统,对复合煤岩开展冲击加载试验,探究应变率A(50~350 s-1)、侧向围压B(4~16 MPa)、来压比C(1~4)的影响;其次,借助Design Expert12软件,设计三因素–三水平的响应曲面试验方案,探究单一因素及因素交互作用对动抗压强度σ、能耗率k的影响;最后,基于叠加理论、Weibull分布等,构建叠加损伤本构模型。结果表明:(1)复合煤岩的力学特性受单因素及因素交互作用影响显著;单因素对σ、k影响:A>C>B;因素交互对σ影响:AC>AB>BC;因素交互对k影响:AB>AC>BC。(2)复合煤岩中煤组分以剪切破坏为主,宏观裂纹易发育至岩组分比例较低的区域,且三元复合煤岩的强度分布呈区域分布特征。其中,复合煤岩强度规律从小到大依次为煤组分–非交界面区域、煤组分–交界面区域、低组分–岩交界面区域、低组分–岩非交界面区域、高组分–岩交界面区域、高组分–岩非交界面区域。(3)构建的损伤本构模型可表征复合煤岩体的动力响应关系,其中理论与试验曲线拟合系数R2≥0.97。研究结果为探究采动阶段工作面的动静载叠加现象、灾害防控提供理论支撑。 展开更多
关键词 复合煤岩 响应面法 SHPB 破坏失稳 本构模型
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三轴加卸载下煤岩强度及变形破坏特征 被引量：3
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作者 蒋力帅 李丕茂 +3 位作者 王庆伟 王宗可 李春盎 黄屹峰 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期109-121,共13页
深部煤岩体处于高应力的三向应力状态在掘进与回采等工程扰动影响下,煤岩体的三向应力平衡状态被打破。为研究煤岩体的变形破坏特征与其所处应力状态之间的关系,开展了煤岩体在不同围压下的三轴压缩实验和不同加卸载路径下的三轴加卸载... 深部煤岩体处于高应力的三向应力状态在掘进与回采等工程扰动影响下,煤岩体的三向应力平衡状态被打破。为研究煤岩体的变形破坏特征与其所处应力状态之间的关系,开展了煤岩体在不同围压下的三轴压缩实验和不同加卸载路径下的三轴加卸载实验,借助应力应变曲线、煤样破坏形态素描图及裂隙面分形维数,探究了围压与不同卸载路径对其强度与变形破坏特征的影响。研究结果表明:煤岩三轴压缩强度与围压呈现非线性关系,弹性模量与围压呈现二次函数关系;在卸载条件下,其力学特性和破坏形式与加载条件下有着本质的区别;三轴加卸载下煤岩最大主应力大幅度减小,有明显的扩容现象,表现出明显的脆性破坏;经历卸载过程的煤样,与同等围压下三轴压缩相比,破坏后裂隙面分形维数普遍增大,破碎程度加剧。 展开更多
关键词 三轴加卸载 煤岩体 应力应变 强度特征 破坏特征
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开采扰动与蠕变作用下煤岩体力学响应特征研究 被引量：2
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作者 程守业 李民晟 高峰 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期171-177,共7页
在煤炭开采过程中,因循环载荷与蠕变导致的叠加损伤累积特征尚不清晰,从而造成动静载组合作用下覆岩卸压位置难以精准确定。为解决这一问题,利用MTS815试验机开展了围压为10 MPa条件下、循环加卸载后不同轴压的蠕变压缩试验。试验结果表... 在煤炭开采过程中,因循环载荷与蠕变导致的叠加损伤累积特征尚不清晰,从而造成动静载组合作用下覆岩卸压位置难以精准确定。为解决这一问题,利用MTS815试验机开展了围压为10 MPa条件下、循环加卸载后不同轴压的蠕变压缩试验。试验结果表明:在循环加载过程中,卸载时弹性模量高于加载过程,泊松比也呈现出相似的变化趋势,且弹性模量和泊松比在加卸载过程中的差距逐渐变小;应力-应变响应在恒定偏应力下具有硬化与软化效应,当偏应力较低时,以三轴抗压强度(TCS)为主的硬化效应十分显著,而当偏应力较高时,软化作用则更为突出;轴向应变率和体积应变率之间的演化特征能够通过负指数函数关系进行详细描述;采动卸压边界处的煤岩体承受着周期性破坏以及持续增加的蠕变应力作用。基于此,可依据煤岩体的蠕变演化规律,选择合适的时机来确定采动卸压边界,进而为应力演化主导的灾害防治工作提供量化参考依据。 展开更多
关键词 采动应力 蠕变速率 疲劳损伤 硬化作用 瓦斯抽采
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基于XT-DIC的冻融裂隙砂岩裂纹扩展规律及损伤演化特征 被引量：1
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作者 张春阳 胡凯兵 +1 位作者 赵尔丞 谭涛 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期293-302,共10页
针对冻融循环作用下寒区岩石易发生力学性能劣化问题,结合单轴压缩试验以及三维数字图像技术(XT-DIC),研究冻融损伤后完整和预制裂隙倾角分别为0°、45°、90°的砂岩试件的力学行为和破坏特征。研究结果表明:预制裂隙和冻... 针对冻融循环作用下寒区岩石易发生力学性能劣化问题,结合单轴压缩试验以及三维数字图像技术(XT-DIC),研究冻融损伤后完整和预制裂隙倾角分别为0°、45°、90°的砂岩试件的力学行为和破坏特征。研究结果表明:预制裂隙和冻融循环作用会显著劣化砂岩的力学性能,且冻融试件的损伤累积显著滞后于未冻融试件;峰值强度与冻融次数呈线性负相关,表观刚度与冻融次数呈指数负相关,裂纹扩展所需时间与冻融次数呈正相关;在单轴压缩下裂纹主应变的演化经历近似水平变化、缓慢增长、急剧增长3个阶段,试件最终破坏模式主要受预制裂隙倾角影响。研究结果可为寒区岩体工程设计提供参考。 展开更多
关键词 冻融循环 单轴压缩 预制裂隙砂岩 数字图像技术 裂纹扩展规律 损伤演化特征
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