【摘 要】
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薄煤层开采过程中,半煤岩巷道的不均匀变形、失稳破坏等问题对工程带来了极大的困扰。对于如何优化半煤岩巷的支护措施,研究巷道围岩的变形特性及破坏特征使其更好的发挥围岩的承载作用往往才是解决问题的关键要素。本文通过研究“砂岩-煤岩-砂岩”组合体在单轴压缩作用下的变形特性、裂隙演化及破坏特征为地下巷道的围岩支护提供理论依据。为了研究不同岩层组合的力学性质,揭示砂岩和煤组合体的不均匀变形特征。通过不同高度比
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薄煤层开采过程中,半煤岩巷道的不均匀变形、失稳破坏等问题对工程带来了极大的困扰。对于如何优化半煤岩巷的支护措施,研究巷道围岩的变形特性及破坏特征使其更好的发挥围岩的承载作用往往才是解决问题的关键要素。本文通过研究“砂岩-煤岩-砂岩”组合体在单轴压缩作用下的变形特性、裂隙演化及破坏特征为地下巷道的围岩支护提供理论依据。为了研究不同岩层组合的力学性质,揭示砂岩和煤组合体的不均匀变形特征。通过不同高度比“岩-煤-岩”组合体的单轴一次和单轴循环加载试验,分析了不同高度比煤岩组合体加载破坏规律。研究结果表明组合体强度受中间煤体高度影响,试件单轴抗压强度随煤体高度增加而增加;将不同高度比组合体加载时能量演化对比分析,得到煤-岩组合体试件在高度比为RCR-0.5和RCR-1之间内部能量耗散量突然减少;组合体试件破坏受煤体部分主导,两端砂岩对中间煤体起约束作用从而提高煤体强度,煤体中部受到其约束最小且随着煤体高度的增加中间部分所受到的影响迅速衰减;试件破坏形式随煤体高度的增加从拉伸破坏转向剪切破坏最后变成中部煤体挤出。通过单轴压缩试验计算试件损伤变量与PFC数值模拟记录裂隙数量等方式,总结了煤岩组合体单轴压缩过程中的裂隙演化规律,室内试验中试件裂隙演化与压缩全过程,在加载至0.8σ1裂隙发育开始迅速增大;而数值模拟结果则是在0.7σ1处裂隙开始发育,于0.8σ1处进入裂隙加速发育阶段,这是因为数值模拟无法体现出试件原生的微小裂隙。煤岩组合体在煤岩高度比的影响下其破坏时的破坏机制可分为稳定破坏与非稳定破坏两种:本文所采用的砂岩与煤岩组合而成的煤岩组合体在高度比等于1为阈值,高度比低于1的试件破坏时,砂岩与煤岩相继进入非稳定裂隙发育阶段而后同时破坏,此时试件内部无论砂岩还是煤岩皆到达临界状态,这种破坏为稳定破坏;而试件高度比大于1时,在砂岩与煤岩相继进入非稳定裂隙发育阶段后煤体发生破坏,此时砂岩并未达到临界状态,这种破坏为失稳破坏。
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