基于能量耗散的煤岩三轴受压损伤演化特征研究

摘要：

在煤矿资源的地下开采工程活动中,煤岩处于轴压、围压和瓦斯气体相互耦合的复杂应力环境.为探究煤岩受压过程中的损伤变形及能量演化特征,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展煤岩在不同围压及不同瓦斯压力条件下的三轴压缩试验研究.基于连续损伤力学理论,从能量角度理论推导由非均质威布尔函数、能量耗散函数及塑性应变函数构成的损伤应力-应变函数,并在此基础上建立基于能量耗散的煤岩损伤本构模型.研究结果表明:(1)不同围压、不同瓦斯压力下煤岩应力-应变变化趋势及塑性变形行为具有阶段性特征.(2)对应不同的变形破坏阶段煤岩的能量演化趋势呈阶段性变化,应力峰值点处煤岩吸收的总能量随围压的增大而增大,弹性能及耗散能也呈现增大的趋势;随着瓦斯压力的上升,煤岩吸收的总能量和弹性能在应力峰值点处呈下降趋势,耗散能呈上升趋势.(3)构建围压及瓦斯压力效应下基于能量耗散的煤岩损伤本构模型,并通过试验验证该模型具有较好的合理性.(4)不同围压及瓦斯压力下煤岩能量耗散与损伤演化均呈"S"型演化趋势.

关键词：采矿工程;煤岩;三轴压缩;能量耗散;塑性应变;损伤变形

所属期刊栏目：40

分类号：TD32(矿山压力与支护)

资助基金：国家自然科学基金资助项目52064007,51804085,51911530203

在线出版日期：2021-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：1614-1627