考虑循环载荷初始损伤效应的煤样动态力学特性试验研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 5; pp. 2123 - 2137
• Main Authors: 陈彦龙, 李明, 浦海, 巨峰, 张凯, 吴豪帅
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221116%浙江广厦建设职业技术大学建筑工程学院,浙江东阳 322100 01.05.2023
• Subjects: dynamic mechanical characteristics; 初始损伤; cyclic loading and unloading; 露天煤矿; en-ergy dissipation; 动力学特性; 循环加卸载; 能量耗散; open-pit coal mine; initial damage
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.0188

TD315; 近水平露天煤矿开采时在端帮边坡上通常布置运输平盘,大型重载卡车的往复运输作业会对边坡覆岩产生显著的循环加卸载效应,导致煤岩体产生一定的初始损伤.同时,露天开采时大规模爆破产生的强冲击动载荷使煤岩体的力学性能进一步劣化,极易诱发边坡大面积失稳.因此,开展循环加卸载损伤条件的煤岩动态力学特性试验研究,对露天煤矿边坡稳定及安全开采具有重要意义.利用分离式霍普金森压杆试验系统及扫描电镜测试系统,对循环加卸载初始损伤状态下煤样的动态力学特性及其损伤断裂机理进行了系统分析.研究结果表明:①随着加载应变率的增大,煤样动态抗压强度与弹性模量快速增加,应变率对试样动力学特性的强化效应显著;固定应变率条件下,随着初始损伤的增大,动态抗压强度与弹性模量则呈线性快速降低,表明初始损伤对煤样动力学性能具有弱化效应;②煤样自然状态下存在尺度较小的原生裂纹及孔洞缺陷,损伤的产生导致其内部萌生出新的裂隙及孔洞,并且随着损伤程度的提高,缺陷尺度及数量逐渐增大并快速扩展,这是导致其力学性能弱化的根本原因;③随着初始损伤及应变率的增大,煤样破坏方式从张拉破坏向剪切破坏转变,同时其破坏程度、破坏过程中的耗散能及耗能能力呈快速增加的趋势;④损伤煤样动态破坏主要以脆性破坏为主,但在初始损伤较高的条件下,其局部能够观测到显著地滑移分离及韧性断口形貌,这也是初始损伤较大状态下煤样耗能较高的主要原因.