冲击荷载作用下煤岩动力特性试验研究

为研究陕北地区硬质煤岩的动态力学性能,利用应力加载系统和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对煤岩试件进行了基础的动、静力学特性试验,研究了其破坏机理。结果表明:静载作用下,煤岩试件多为单一裂纹破坏;而动载作用下,破坏形式比较丰富,如低应变率时的劈裂破坏和较高应变率下的压碎破坏;弹性模量与峰值应力的率相关性显著,而峰值应变的率相关性较弱;在动态加载方式下,由于加载速度过快,试件内部孔隙、裂隙、颗粒间距等缺陷闭合压实时间过短,宏观上表现为应力-应变曲线压密段缺失。     

爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化研究

通过实验室模型试验以及对具体边坡工程的数值模拟相结合的方法分析了在爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化过程。模型试验中在距离爆源的不同位置进行取芯并对其进行了强度以及超声波探测;数值计算采用DYNA-2D软件对具体边坡爆破工程进行数值模拟研究。通过研究发现,在距离爆源不同的位置爆炸冲击作用对岩体所造成的影响程度也不同,承载性能、超声波传播速度的衰减也不同,通过模拟整个爆炸作用过程也可看到与模型试验同样的演化趋势。     

循环冲击作用下砂岩动力学特性及能量耗散特征研究

以巷道围岩施工过程中受到多次动荷载扰动而变形失稳为背景,利用分离式霍普金森斯压杆对砂岩开展5种冲击气压下的循环冲击试验,探究循环冲击作用下砂岩动力学特性及能量耗散特征。试验结果表明:在较大冲击气压作用下,峰值应力随着冲击次数的增加呈线性下降趋势,峰值应变和平均应变率则随着冲击次数的增加呈线性增长趋势;而在较小冲击气压作用下,随着冲击次数的增加,峰值应力先缓慢下降然后陡降,峰值应变和平均应变率则先缓慢增加然后陡增;随着冲击次数的增加,试件裂纹不断萌生扩展,试件主要呈劈裂破坏,单位体积吸收能表现为两阶段变化趋势,累计比能量吸收能不断增加。     

冲击荷载作用下的煤岩动力学特性及本构模型

为了研究煤岩的动态破坏特征和动力学损伤特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和应力加载系统,对煤岩试样进行了冲击试验和单轴压缩试验;根据应力-应变试验曲线的特征,在过应力模型上,应用连续损伤理论与统计强度理论,建立了适合煤岩动力学特性的过应力损伤模型。结果表明:动载作用下,当应变率较小时,煤岩破碎方式与静载作用时间具一定的相似性;随着应变率的增大,动载破坏强度显著增大,动态模量先增大后保持不变,塑性变形先增大后减小,应力-应变曲线具有明显的塑性流动特性。采用建立的煤岩过应力损伤模型本构方程对试验曲线进行拟合,通过两者的对比,验证了模型的正确性。     

煤岩物理力学性质与冲击倾向性关系

冲击倾向性是煤岩介质的固有属性,是发生冲击矿压的必要条件,物理力学参数表征煤岩介质的性质,基于大量煤岩介质物理力学参数数据及冲击倾向性结果,分析了煤岩物理力学性质中吸水性、强度参数、变形参数与冲击倾向性之间的定量或定性关系.试验研究及理论分析结果表明,随着煤岩介质吸水性增强,其动态破坏时间越长,冲击能量指数越低,冲击倾...     

不同冲击倾向性煤样力学特性与能量演化规律研究

为了研究不同冲击倾向性煤样在循环载荷下的力学特征及能量演化规律,对强冲击倾向性煤样、弱冲击倾向性煤样和无冲击倾向性煤样进行系统分析,并提出了弹性能释放速率及计算方法,得到不同冲击倾向性煤样循环载荷下应力-应变曲线的特征、应变变化规律及耗散能和弹性能转化规律,给出不同冲击倾向性煤样破坏与能量演化关系.研究结论如下:无冲击...     

煤冲击破坏力学特性试验研究

为了探究煤在冲击破坏过程中表现出的力学特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对平煤十矿1/3焦煤试样进行了不同冲击速度下冲击破坏压缩试验。结果表明:煤样在冲击速度为3.287～12.399 m/s,试验测得的最大应变率变化范围为85.25～168 s-1,应力极限值变化范围为15.84～47.33 MPa;随着冲击速度的增加,煤试件材料出现了应变硬化和应变软化现象;随着冲击速度的增加,煤试样的平均应变率值先快速增加,然后增加趋于缓慢,采用二次多项式拟合相关性较好,最大应变率值先快速增加,达到一定值后增加趋于缓慢,并呈现出稍微下降趋势,采用三次多项式拟合相关性较好。     

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。     

天池煤矿煤岩冲击倾向性的试验研究

按照煤岩的冲击倾向性指标，对天池煤矿１号和１８采区的煤岩进行了单轴（σ１〉σ２＝σ３＝０）和三轴（σ〉σ２＝σ３＝６ＭＰａ）冲击倾向性试验研究，结果表明，天池煤矿煤层具有有中等冲击倾向性，而顶，底板岩石具有强烈冲击倾向性。     

循环荷载作用下煤体力学特性及能量演化规律研究

为了预防布尔台煤矿4^-2号煤层巷道冲击地压危险,选取4^-2煤层原煤试件进行三轴实验及循环加卸载作用下的单轴实验,研究了煤体力学特性与能量演化之间的联系,分析了不同实验下各项参数的变化规律。三轴实验结果表明：围压的增加会延缓煤体破坏灾变阶段的应力跌落趋势,但会使煤体内部储存更多的弹性应变能;强度及扩容特性能宏观反应出煤体内部总能量的变化形式。循环加卸载作用下的单轴实验结果表明：煤体内部能量转化具有明显的阶段性特征,依据能量演化曲线可划分为初始能量累计阶段、能量加速累计阶段和能量快速耗散阶段,能量加速累计阶段煤体中主要存储弹性应变能,能量快速耗散阶段则以耗散能增长为主。研究成果可为煤矿监测预警提供一定的理论依据。     

循环冲击下弱风化岩石力学特性与渗透率演化

低渗透弱风化花岗岩型稀土矿床中蕴含大量的中重型稀土,但矿体渗透性严重影响溶浸效率,提出利用爆炸冲击载荷对稀土矿体产生多次扰动,在确保矿体保持稳定性的前提下使内部细观结构发生变化,进而提高矿体渗透性。为探究爆炸冲击载荷多次扰动下弱风化花岗岩的力学特性及渗透系数的变化,利用Hopkinson冲击试验机、RMT-150C液压伺服试验机、核磁共振仪,对试件进行逐级循环冲击实验和冲击后的静态压缩实验,并测量试件的孔隙度与渗透系数。研究结果表明:逐级循环冲击下弱风化花岗岩存在裂隙压密阶段,但不明显;裂纹扩展阶段存在明显的应力松弛平台,且随冲击速度的增加愈加明显;动态峰值应力与临界应变随冲击速度的增加呈递增趋势;冲击后的静力学特性表现为随着冲击次数的增加,裂纹压密阶段持续时间增加,弹性阶段持续时间减少,裂纹起裂应力σ_ci、裂纹损伤应力σ_cd、单轴抗压峰值强度σ_f逐渐下降,临界应变逐渐增大。试件中含有小中大3种孔隙类型,在逐级循环冲击下整体表现为中等孔隙占比增加,小型、大型孔隙占比基本不变,有效孔隙度逐渐增加,第1次冲击后这种变化较为明...     

冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制

为探究冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制,采用SHPB装置,开展了砂岩的动态力学测试,研究了砂岩的应力-应变曲线、动态抗压强度、动态弹性模量和单位体积吸收能变化;分析了砂岩的破坏机制,阐明了砂岩的破坏模式及破坏块度变化规律。结果表明：冲击荷载作用下砂岩应力-应变曲线整体呈阶段式发展,依次为线弹性上升阶段、非线性振荡起伏阶段和峰后下降阶段;砂岩的动态抗压强度、单位体积吸收能和动态弹性模量与冲击速度分别呈幂函数、二次函数、二次函数的关系,均具有明显的冲击速度效应;随着冲击载荷增大,砂岩的分形维数增大,破碎程度增加,砂岩的破坏模式由拉伸破坏转向拉-剪耦合型破坏。研究结果可为强动压巷道和采场围岩稳定性控制提供理论依据。     

煤岩冲击倾向性预测

研究发现引发冲击地压的因素分为内外2个因素,其中煤岩的冲击倾向性属于内在因素,也是引发冲击地压的主要原因。主要介绍某煤矿13煤层及其顶底板岩层的冲击倾向性测定和评估。为该矿今后对冲击地压预测、防治提供必要的科学依据。     

单轴冲击荷载下冻土能量耗散特性试验研究

为研究应变率和含水率对冻土能量耗散的影响,通过■50 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar)动力学试验,综合研究了不同冲击速度(4～10 m/s)、不同含水率条件(9%～18%)下冻结黏土的能量耗散特性。试验结果表明：(1)从耗散能的角度将冻土破坏吸能过程分为3个阶段：缓慢增长、快速增长和趋于稳定阶段;耗散能、反射能和透射能与入射能间呈一次函数正相关(R²>0.94),且入射能、反射能、透射能和耗散能与平均应变率间也存在线性正相关关系(R²>0.87);随含水率增加,能量反射系数、能量透射系数和能量耗散系数分别呈先递减后增加、先递增后减少和先递增后减少趋势。研究成果为冻土区爆破工程施工提供借鉴参考。     

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。     

冲击加载作用下矿石试件的动态力学特性及块度分布特征

矿石的动态力学特性影响其破碎效果。利用[?]50 mm霍普金森杆系统改变冲击荷载对矿石A、矿石B试件进行16次动态压缩实验，分析冲击气压对矿石应变率的影响，对抗压强度与应变率之间的关联性做了初步研究；统计破碎后的矿石块度筛分数据，分析块度的分布特征。结果表明：冲击速度在12~16 m/s范围内时每增大1 m/s时，矿石B的动态抗压强度增大8.3 %，矿石A的动态抗压强度总是低于矿石B，且矿石A、矿石B抗压强度随着应变率的增加呈指数型增长；随着耗散能量的增加矿石块度破碎的程度越大，矿石B筛分破碎块度的整体通过率要低于矿石A，表明矿石B内部固有大量微缺陷在吸收能量变形中加速了裂纹的闭合，与矿石A相比，强度增大且破碎程度较为平缓。     

冲击加载作用下矿石试件的动态力学特性及块度分布特征

矿石的动态力学特性影响其破碎效果。利用[?]50 mm霍普金森杆系统改变冲击荷载对矿石A、矿石B试件进行16次动态压缩实验，分析冲击气压对矿石应变率的影响，对抗压强度与应变率之间的关联性做了初步研究；统计破碎后的矿石块度筛分数据，分析块度的分布特征。结果表明：冲击速度在12~16 m/s范围内时每增大1 m/s时，矿石B的动态抗压强度增大8.3 %，矿石A的动态抗压强度总是低于矿石B，且矿石A、矿石B抗压强度随着应变率的增加呈指数型增长；随着耗散能量的增加矿石块度破碎的程度越大，矿石B筛分破碎块度的整体通过率要低于矿石A，表明矿石B内部固有大量微缺陷在吸收能量变形中加速了裂纹的闭合，与矿石A相比，强度增大且破碎程度较为平缓。     

循环荷载作用下煤岩力学及声发射特征研究

为研究平行层理方向煤岩体变形破坏力学特性及声发射b值演化规律,以贵州毕节矿区煤样为研究对象。借助MTS815配套声发射开展室内煤样多级循环加卸载试验。结果表明:煤的弹性模量呈现出3阶段的变化趋势,即急剧增加-缓慢增加-急剧降低;煤的泊松比与不可逆应变也呈现出3阶段的变化趋势,即缓慢增加-逐渐增加-急剧增加。随着应力水平的增加,声发射b值出现一定的波动,然后又趋于平稳。当煤样接近失稳破断时,声发射b值进一步降低。     

温度冲击后煤岩的力学损伤特性研究

温度冲击是提高煤岩透气性的重要手段。为研究温度冲击后煤岩力学损伤特性,采用高温-液氮热冷处理对试样进行单轴力学变形损伤破坏实验,探究不同温度冲击后煤岩损伤的声发射特征。结果表明：煤岩抗压强度和弹性模量随冲击温度的升高呈现非线性下降趋势,损伤强度降幅为34%～66%;弹性模量宏观上表征煤岩的损伤变量,拟合曲线呈现“下凹”特点;用声发射振铃计数从细观角度表征热冷作用后煤岩的损伤特性,冲击温差越大,煤岩损伤越明显,200℃-液氮冲击煤岩损伤达94%,此时煤岩致裂损伤效果最为显著。     

天池煤矿煤岩冲击倾向性的试验研究

按照煤岩的冲击倾向性指标，对天池煤矿１号井１８采区的煤岩进行了单轴（σ１＞σ２＝σ３＝０）和三轴（σ＞σ２＝σ３＝６ＭＰａ）冲击倾向性试验研究，结果表明，天池煤矿煤层具有中等冲击倾向性，而顶、底板岩石具有强烈冲击倾向性。