忻州窑烟煤Ⅰ型和Ⅱ型断裂特性的半圆弯曲试验对比研究 |
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引用本文: | 赵毅鑫,孙荘,刘斌.忻州窑烟煤Ⅰ型和Ⅱ型断裂特性的半圆弯曲试验对比研究[J].岩石力学与工程学报,2019(8):1593-1604. |
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作者姓名: | 赵毅鑫 孙荘 刘斌 |
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作者单位: | 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室;中国矿业大学(北京)能源与矿业学院 |
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基金项目: | 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0801401);国家自然科学基金资助项目(51874312,51861145403)~~ |
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摘 要: | 为研究切缝深度和层理角度对煤样Ⅰ,Ⅱ型断裂特性的影响差异,采用半圆弯曲测试法对SCB煤样开展3种切缝深度和5种层理角度下的Ⅰ,Ⅱ型断裂测试,分析切缝深度与层理角度对煤样Ⅰ,Ⅱ型断裂峰值载荷、断裂韧度及裂纹扩展路径的影响规律;并对煤样加载过程中的声发射信号进行实时监测,获取煤样变形破坏过程中的微裂纹损伤演化及宏观破坏特征。研究表明:测试煤样的Ⅱ型断裂峰值载荷与断裂韧度均大于Ⅰ型断裂峰值载荷与断裂韧度,且KⅡC/KⅠC=1.02;煤样Ⅰ,Ⅱ型断裂峰值载荷随无量纲切缝深度a的增加逐级降低,断裂韧度KⅠC和KⅡC均随a的增加先增大后减小。Ⅱ型断裂峰值载荷与断裂韧度随层理角度的增加均先减小后增大,呈"对勾"型分布;煤的Ⅰ型断裂裂纹扩展路径近似为直线,而Ⅱ型断裂裂纹扩展路径为曲线。层理对Ⅱ型断裂裂纹扩展路径影响较大,层理角度为22.5°,45°和90°时,裂纹出现沿层理面扩展的现象;煤样的Ⅰ,Ⅱ型断裂破坏过程分为压密、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展3个阶段。总体表现为拉伸裂纹主导的拉剪复合型断裂,拉伸微裂纹最先发育,之后拉剪复合型微裂纹急剧扩展,并最终造成试样的宏观失稳破坏。
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关 键 词: | 采矿工程 煤样 Ⅱ型断裂 半圆弯曲 切缝深度 层理角度 声发射 |
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