层状复合煤岩的三轴力学特性研究

本文对单一煤岩及层状复合煤岩在三轴不等压应力状态下的变形特性和强度特性进行了较为系统的实验研究，分析了不同加载途径对煤岩变形和峰值强度的影响。     

高应变率下煤力学特性试验研究

利用Φ50 mm分离式霍普金森(Hopkinson)压杆(SHPB)试验系统,对煤进行单轴冲击压缩试验,明确煤的力学特性随应变率的变化规律。试验气压等级设计为0.30,0.35,0.40,0.45,0.50,0.55 MPa,为试样提供相应的6组不同应变率。试验结果表明:高应变率下煤应力-应变曲线大致分为压密阶段、弹性变形阶段、微裂纹演化阶段、裂纹非稳定扩展阶段以及卸载阶段;应变率升高缩短压密阶段,延长弹性变形阶段;随着应变率的升高,煤动态弹性模量与峰值应力近似呈对数形式增加,而峰值应变近似呈对数形式降低;煤试样的破坏程度随应变率的升高而增加,应变率由68.666 s-1增加到79.751 s-1,煤破坏程度对应变率的敏感性最为显著。研究结果可为采矿工程割煤参数的确定提供依据。     

深部煤岩组合体整体破坏的非线性模型研究

煤是一种复杂的地质体,其内部具有大量的微裂隙及孔隙。煤岩组合体中,岩石为较硬的部分,煤及其内部微裂隙、孔隙及岩-煤之间的界面共同组成较软的部分。根据工程应变和自然应变(真实应变),建立了表征煤岩组合体的非线性理论模型。该理论模型与煤岩组合体的单轴压缩试验数据吻合度较好。对该理论模型进行简化并对参数进行了讨论,发现参数a约等于1;参数b、参数c与煤样尺寸、弹性模量有关,参数b越大,非线性段逐渐延长,且增大速率基本保持不变;参数c越大,非线性段同样逐渐增长,但是增大速率逐渐减小,并且随着轴向荷载的增加,线性段逐渐重合。     

不同应变率下煤岩冲击动力试验研究

利用75 mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统,对煤岩进行不同应变率下冲击压缩试验。实验结果表明：煤岩微细观特征复杂,离散性强;煤岩在低应变率下多呈轴向劈裂破坏,高应变率下呈现出压碎破坏;冲击过程中能量随着应变率的增大而增大,耗散能与应变率基本呈弱幂函数关系或线性分布关系;煤岩破碎块度分维与应变率呈线性相关,分形维数在1.7~2.2范围内,应变率越大,块度越小,分形维数越大,煤岩耗散能量越大。     

煤岩变形力学特性及其对渗透性的控制

通过煤岩力学试验研究了煤岩物理力学性质和煤岩全应力-应变过程中的渗透规律。研究结果表明：煤的力学强度相对煤层顶底板岩石具有低强度、低弹性模量和高泊松比特性,易于产生塑性变形;在全应力-应变过程中具有明显应变软化现象的煤样,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,煤岩体积被压缩,煤岩渗透率随应力的增大而略有降低或渗透率变化不大;在煤岩的弹性极限后,随着应力的增加,煤岩进入裂纹扩展阶段,煤岩体积应变由压缩转为膨胀,煤岩渗透率先是缓慢增加然后随着裂隙的扩展而急剧增大;在煤岩峰值强度后的应变软化阶段煤岩渗透率达到极大值,然后均急剧降低,峰后煤岩的渗透率普遍大于峰前。在全应力-应变过程中应变软化现象不明显或者具有应变硬化现象的煤样,煤岩全应力-应变过程中最大渗透率主要发生峰值前的塑性变形阶段,在煤岩峰值强度后的应变硬化阶段,随着煤岩应力的增大,煤岩渗透率减小,峰后煤岩的渗透率普遍小于峰前。     

煤岩重复加载力学特性试验研究

利用MTS815.03电液伺服岩石试验系统,对运河煤矿煤岩试件在重复加载作用下的特性进行研究。研究结果表明,在重复加载作用下,煤岩强度极限较常规单轴压缩强度极限降低约23.65%;二次加载时弹性模量较初次加载时弹性模量增大约21.08%。由于煤岩含有大量原生损伤裂隙并且强度较低,在重复加载过程中,煤岩内部原生裂隙和新生裂隙的闭合与张开以及不可恢复的宏观裂纹的产生为煤岩弹性模量的增大、强度极限的降低给予较为合理的解释。在重复加载作用下,有超过1/3的能量以内部裂隙的闭合,材料的屈服、破坏、损伤、断裂以及裂隙面的滑移摩擦等形式消耗掉。煤岩的破坏过程经历了从压密、应变硬化到软化的变化过程。     

基于扰动状态概念的煤岩力学模型

为解决岩质地基、边坡与地下岩体工程扰动与失稳、煤岩扰动与突出等实际问题,需要对岩体工程受扰动后的响应规律与特点进行深入研究。基于扰动状态概念理论,通过定义煤岩类准脆性岩石材料的相对完整状态、完全调整状态,从理论上给出了扰动函数公式,建立了煤岩类准脆性岩石扰动本构模型,并给出了模型参数解析式。通过煤岩和砂岩三轴压缩试验,所建本构模型与试验结果较为吻合,证明所建本构模型可以确定煤岩等准脆性岩石在扰动状态结构微调整过程中,任一状态下的扰动函数和应力-应变情况,为研究煤岩类准脆性工程材料受扰动后的力学特性提供了一种新的途径。     

层状复合煤岩的三轴力学特性研究

本文对单一煤岩及层状复合煤岩在三轴不等压应力状态下的变形特性和强度特性进行了较为系统的实验研究，分析了不同加载途径对煤岩变形和峰值强度的影响     

基于ABAQUS的煤岩动态拉伸力学特性研究

为探究煤岩在动态拉伸载荷下的力学特性,基于ABAQUS显示算法,建立了分离式霍普金森拉杆(SHTB)实验系统模型,选用并改进了朱-王-唐(Z-W-T)本构模型,对煤岩在高应变率下的应力应变关系进行研究。结果表明:数值模拟建立SHTB的实验系统能够实现恒应变率加载,改进后的煤岩本构模型能够较好地符合其在动载荷下的力学行为,煤岩在动态拉伸载荷下表现出了明显的应变率和应变硬化效应。     

单轴压缩下煤岩损伤研究

根据前人对煤岩的实验研究,采用岩石强度随机统计分布假设,建立了能够较好的反映煤岩单轴压缩状态下的初始压密段和残余强度的分段损伤本构方程,并且给出了其中参数的确定办法。利用刚性实验机进行了煤岩单轴压缩实验,对应力-应变曲线与损伤的关系进行了分析。利用实用复合形法对所提的损伤本构方程进行了参数求取。拟合结果表明理论和实验结果符合较好。     

潘谢煤田13-1煤层煤岩冲击动力学性能及本构关系的建立

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）对潘谢煤田张集煤矿13-1煤层煤岩进行了不同应变率的冲击压缩实验,结果表明：煤岩动态应力-应变曲线表现出显著的应变硬化与应变率硬化等动态力学特性,煤岩峰值应力及动态弹性模量均随应变率提高而提高,得到了其动态强度与应变率的关系表达式。基于实验结果,通过改进朱－王－唐模型,建立了反映煤岩峰值应力前动态应力-应变关系的本构方程。通过数据拟合,获得了本构方程的相关参数,拟合参数表明：煤岩材料对高应变率的响应具有敏感性,在高应变率条件下气煤比无烟煤表征更明显的脆性特征,即气煤破坏应变更小。利用Fortran语言开发了VUMAT煤岩材料子程序,并对煤岩SHPB实验进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。     

基于层叠模型组合煤岩体动态力学本构模型

为研究冲击载荷下组合煤岩的动态力学特征,利用75 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对不同组合比煤岩样(砂岩∶煤∶砂岩分别显1∶1∶1,2∶1∶1,1∶1∶2,1∶2∶2)进行不同速率(4.590～8.791 m/s)的冲击加载实验,获得了组合煤岩的动态应力-应变曲线,结合煤、岩本构的研究成果和层叠模型原理,并充分考虑了组合煤岩体在动态破坏过程中的应变率相关性和损伤特性,构建了7参数组合煤岩层叠本构模型。研究结果表明∶① 不同组合比煤岩的弹性阶段和塑性阶段持续时间不同,不同组合比煤岩的应力应变曲线前期均呈现出明显的非线性;② 组合煤岩动态冲击屈服强度随应变率的增大而增大,随煤的占比增大而减小;③ 构建的7参数组合煤岩层叠本构模型数值拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性,拟合参数分析发现在中应变率(110.41～195.49 s-1 )冲击载荷作用下,组合煤岩体损伤软化效应超过应变率强化效应成为主导因素;④ 拟合参数范围和试样冲击破坏特征均表明,组合体试件主要破坏部位以煤体破坏为主,不受组合方式的影响。研究成果为进一步深入认识冲击地压等煤岩动力灾害发生机理和预测预防措施提供参考借鉴。由于组合煤岩冲击破坏SHPB实验条件有限,并未考虑围岩影响,围压下的组合煤岩动态破坏特性有待利用实验和数值模拟手段进一步研究。     

神东矿区煤系地层岩石物理力学性质

岩石物理力学参数是数值计算、相似模拟、顶板分类、支架选型等理论分析和现场安全生产管理的基础性工作。分别从补连塔煤矿、大柳塔煤矿及布尔台煤矿采集岩芯并进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,分析了不同沉积时期的密度、RQD值、抗拉强度、抗压强度、弹性模量、黏聚力及内摩擦角等参数。根据试验矿井地层情况,将3个试验矿井的岩层划分为8个沉积时期,分别为白垩系、侏罗系安定组、侏罗系直罗组、侏罗系延安组1-2煤、侏罗系延安组2-2煤、侏罗系延安组粉砂岩、侏罗系延安组4号煤及侏罗系延安组底部。神东矿区岩层以砂岩为主,尤其是白垩系岩层主要为砂岩层。按沉积时期分组试验结果表明:随着沉积时间的增加,岩石的密度呈增大趋势,但是增大幅度不明显;岩石的抗拉强度、抗压强度、弹性模量及黏聚力与沉积时间呈现出一定的正相关关系;RQD值及内摩擦角与生成时间无明显的关系。生成时间对岩石的力学参数影响较大,其中,沉积时间对中粒砂岩抗拉强度的影响最大,最大值是最小值的31.2倍;沉积时间对中粒砂岩抗压强度及弹性模量的影响最大,单轴抗压强度最大值是最小值的12.4倍;弹性模量最大值是最小值的32.8倍;白垩系及侏罗系安定组的物理力学参数相对其它沉积时期要小很多。     

Effect of strain rate on microstructure and mechanical properties of a Mg-9Li-2Zn alloy sheet

A two-phase Mg-9Li-2Zn alloy sheet is made by cold-rolling at room temperature, and the formability of it at room temperature is investigated in this study. Uniaxial tension tests are carried out for various strain rates between 0. 5 mm/min and 250 mm/min, and the microstructural changes during the tests are observed. The sheet has high formability at comparatively low strain rates. Maximum elongation amounts to 40%. However, ductility decreases with the increase of strain rate. Even at room temperature, the stress is also sensitive to the strain rate. There are many large dimples at comparatively low strain rates, and small dimples occur at high strain rates, it shows fine sub-grains come into being.     

三交河煤矿巷道围岩物理力学性质测试研究

为解决三交河煤矿巷道围岩支护设计问题,提供初始的基础参数,利用实验室方法对围岩物理力学性质进行了测试和分析.实验结果表明:三交河煤矿2下煤平均密度比煤2上略大;泥岩平均密度相差不大;老顶K8中砂岩平均密度最大,为2727.15kg/m3.2上煤单轴抗压强度平均值为15.53MPa.2下煤单轴抗压强度平均值为9.89MPa.2上煤和2下煤直接顶底均为泥岩,但平均单轴抗压强度相差较大,分别为26.13MPa和54.32MPa.在单轴压缩试验条件下,围岩应力-应变曲线都具有上凹-直线-峰值-破坏的变化特征.     

Effect of strain rate on microstructure and mechanical properties of a Mg-9Li-2Zn alloy sheet

A two-phase Mg-9Li-2Zn alloy sheet is made by cold-rolling at room temperature, and the formability of it at room temperature is investigated in this study. Uniaxial tension tests are carried out for various strain rates between 0. 5 mm/min and 250 mm/min, and the microstructural changes during the tests are observed. The sheet has high formability at comparatively low strain rates. Maximum elongation amounts to 40,. However, ductility decreases with the increase of strain rate. Even at room temperature, the stress is also sensitive to the strain rate. There are many large dimples at comparatively low strain rates, and small dimples occur at high strain rates, it shows fine sub-grains come into being.     

Effect of strain rate on microstructure and mechanical properties of a Mg-9Li-2Zn alloy sheet

1 IntroductionMagnesium-Lithiumalloyis thelightest alloy at present .Its properties are as follows :high specific ri-Fig .1 The phase diagramof Mg-Li alloygidity ,i mpact ductility , machining,electromagnetic shielding,and shockproof etc .[1 ,2].In additionit can be reclai med,reused,and don't pollute environment ,thus it is called a“green”alloyfor 21st century .Magnesiumis a hexagonal closepacked metal and has poorformability . However ,it is well knownthat the addition of lithi-umto mag…     

煤的厚度对煤岩组合体物理力学特征的影响规律分析

为了研究煤岩组合体中煤的厚度对其物理力学特征的影响规律,以布尔台煤矿粗粒砂岩、煤和煤岩组合体试样为研究对象,利用RMT-150C力学试验机对各试样的单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变进行研究。研究结果表明,煤岩组合体中煤的厚度对其密度和波速有显著的影响,煤岩组合体的波速和密度随着煤的厚度增大而逐渐减小;煤的厚度对煤岩组合体的单轴抗压强度影响较小,但对其峰值应变和弹性模量有显著的影响。与粗粒砂岩相比,在煤岩组合体中的煤厚为5、10、15、20 mm时,峰值应变分别增大了2.2%、20.7%、25.3%、38.3%,峰值应变随着煤岩组合体中煤的厚度的增大而逐渐增大;弹性模量分别降低了30.5%、41.5%、48.2%、51.8%,弹性模量随着煤岩组合体中煤的厚度的增大而逐渐减小。研究成果有助于进一步揭示巷道支护困难、矿压显现剧烈,以及地表台阶下沉等现象的内在原因。