不同卸荷应力路径下煤样破坏特征实验研究
现有的煤样破坏特征研究存在力学参数测试单一、应力加载方向局限性大等问题。实际地质条件反演下的数值模拟效果存在偏差,煤岩动力灾害和冲击倾向的判断是基于现场试验的宏观研究,不同实际三轴条件下煤样的破坏特征和机理研究较少。针对上述问题,以陕西彬长胡家河煤矿工程地质为研究背景,利用高频振动采集和钻孔成像三轴动静态载荷实验系统,设计了三种不同条件下煤样的真三轴实验,研究煤样的破坏特征,煤样的峰值强度特征、声发射响应特征和分形规律。结果表明:(1)卸荷应力路径下煤样的三种不同破坏模式均为拉剪复合破坏,煤样宏观裂纹的萌生破坏主要发生在强度相对较低的煤样中。每个煤样都是轴向应力,轴向应力的水平应力在逐渐减小的过程中为煤样提供了拉应力,导致卸荷应力路径下煤样的表面破坏形式明显不同。(2) 在三种不同的情况下在不同条件下,峰值破坏阶段的应力差异显著,标准偏差为4.5%,占峰值强度平均值的29.25%。当应力载荷超过平均值14.87MPa时,煤样会受损。(3) 在高静荷载作用下,煤样的孔隙在初始荷载后被压实,内部结构相对均匀,没有裂纹扩展,因此初始阶段的损伤变量为0。在损伤稳定发展阶段,煤样孔隙达到极限状态,断裂形成微裂纹,损伤变量为0.04~0.17。在加载过程中,微裂纹迅速发展,扩展并汇合成裂隙网络,煤样受到宏观破坏,承载力迅速下降。在损伤加速发展阶段,损伤变量先急剧增加,然后趋于稳定,最大损伤变量为1.0。当煤样在应力失稳后发生拉剪破坏时,声发射能量突然增加。当声发射能量与损伤变量曲线相交时,煤样开始破裂,声发射能量与煤样的损伤关系良好。(4) 在不同条件下,煤样的分形维数越大,破碎程度越高。