非对称荷载下含中心孔洞煤岩变形损伤特性与本构模型

• Published in: 煤炭学报 Vol. 47; no. 11; pp. 4040 - 4054
• Main Authors: 王涛, 葛丽娜, 赵洪宝, 张向阳, 张欢, 李文璞
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京 100083 01.11.2022; 太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 030024; 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 232001%辽宁工程技术大学建筑与交通学院,辽宁阜新 123000%中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京 100083%安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 232001%太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原 030024
• Subjects: 含孔煤岩试件; 非对称荷载; 损伤本构模型; 应变局部化
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.1933

TU45; 受地势起伏或工程开挖影响,隧道与地下开采巷道常受到不同程度的非对称荷载作用.为了分析非对称荷载对煤岩变形损伤规律的影响,以含中心孔洞原煤与型煤为研究对象,采用数字图像相关(DIC)的全场非接触应变测量方法,实时评估了不同程度非对称荷载单轴压缩下煤岩表面应变场局部化演化进程,分析了不同加载方式下煤岩的损伤破坏过程;基于统计指标定义了损伤变量,建立了能够同时反映原煤与型煤全应力应变特征的损伤本构模型.研究结果表明:非对称荷载不会改变原煤与型煤试样应力应变曲线的阶段性特征,两者应力应变曲线仍表现为初始压密阶段、线性变形阶段、塑性屈服阶段与破坏后阶段;原煤与型煤试样的峰值应力、局部化启动应力均随着荷载非对称程度的增加呈线性函数规律降低,荷载非对称程度越大,煤样越容易发生破坏;均布荷载压缩时,中心孔洞可看做煤样的初始损伤,压密阶段原煤主要表现为原生裂隙受压闭合与中心孔洞的变形,高应变值呈全域散乱分布,型煤试样主要表现为内部颗粒相对错动导致的颗粒间孔隙减少与中心孔洞的变形,高应变值在中心孔洞集中,均布荷载压缩时含孔原煤主要发生近X型剪切破坏,表现出硬脆性特征;型煤试样主要发生拉-剪复合破坏,表现出软塑性特征;非对称荷载作用时,由于加载区与非加载区交界面剪切作用带的存在,原煤与型煤均发生宏观剪切破坏,应变局部化带能够很好反映表面主控裂纹位置,应变局部化带与表面主控裂纹的形态受加载区与中心孔洞的相对位置影响,且中心孔洞的存在可引导两者的演化方向,其引导效果受控于煤岩强度,煤岩强度越大,中心孔洞对两者形态影响越小;建立的损伤本构模型能够较好地反映室内试验原煤与型煤应力应变曲线各阶段特征.