不同采动应力下类岩力学及声发射特征试验研究

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随着矿井开采深度和强度的不断提高,与煤(岩)失稳破坏相关的矿井动力灾害事故日趋严重。受采动影响,实际工程煤(岩)体经历了从原岩应力、轴向应力升高到应力场向围岩内部转移的完整采动力学过程。采动应力区别于传统的单轴、双轴和三轴压缩应力,它具有动态、非均布特性,这也是矿井动力灾害多发的主要原因。鉴于此,本文采用自主研发的采动应力试验系统,考虑不同初始垂向应力和不同应力转移速度2个因素,对不同采动应力下类岩强度、变形、声发射及损伤演化特征做了系统研究。  1、分析了采动应力演化时空关系,得出:在煤岩压缩密实阶段和弹性变形阶段,煤岩整体与局部区域应力演化特征近乎相同,但在塑性变形阶段及损伤残余阶段表现为不同的力学性质,这是采动应力时空运动的关键阶段。  2、基于采动应力试验结果,分析了类岩各区域在不同初始垂向应力和不同应力转移速度条件下的强度、变形及声发射撞击规律。研究结果表明:类岩材料的应力、应变及声发射特征具有明显的区域效应,且对于不同的初始垂向应力和应力转移速度,各区域的力学及声发射特征规律不同。当固定初始垂向应力和应力转移速度时,内部区域B的峰值强度约为外部区域A的2倍,区域A的最大撞击信号是区域B的1.3-2.5倍;初始垂向应力越大,类岩各区的峰值强度和峰值变形越低,声发射最大撞击信号越低,最大撞击信号发生时间越早;应力转移速度越大,类岩各区的峰值强度越高,峰值应变越低,各区的最大撞击信号越高,最大撞击信号发生时间越早。  3、基于声发射撞击特征参数研究了类岩的采动应力损伤模型,验证了声发射撞击参数作为损伤变量的适用性,并以此分析了类岩的损伤演化特征,得出:当初始垂向应力和应力转移速度一定时,区域A的损伤程度和损伤速率远大于区域B。当固定应力转移速度时,伴随初始垂向应力的增加,区域A的损伤速率逐渐降低,区域B的损伤速率逐渐增加;当固定初始垂向应力时,伴随应力转移速度的增加,区域B的损伤速率逐渐增加,但是区域A的损伤演化规律不明显。
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