矸石集料承载力学特性模拟研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 47; no. 3; pp. 1087 - 1097
• Main Authors: 杨科, 魏祯, 何祥, 周光华, 陈登红, 张继强
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 合肥综合性国家科学中心能源研究院,安徽合肥230031%国家能源集团宁夏煤业公司,宁夏银川 751410 2022; 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南232001
• Subjects: 矸石集料; 分形维数; 细观结构演化; 力学特性; 粒径级配
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.XR21.1782

TD823.7; 为探究矸石集料的承载特性与破裂演化规律,采用液压伺服岩石力学试验系统与破碎矸石压实装置,开展了不同矸石粒径(0～5,5～10,10～15,15～20,20～25,25～30 mm)、轴向应力(2.5,5.0,7.5,10.0 MPa)、加载速率(0.05,0.10,0.50,1.00 mm/s)影响下破碎矸石集料压实试验,研究各因素对矸石集料压缩变形与分形特征的影响;基于PFC3D数值软件建立考虑矸石形状与粒径分布的颗粒流模型,探讨了矸石集料承载过程中能量耗散、力链演化等规律,揭示颗粒形状与粒径级配对矸石集料压实力学特性的影响机制.试验结果表明:矸石集料压缩变形分为孔隙压密、结构调整和弹塑性变形3个阶段,随着轴向应力逐渐增大,矸石集料的大颗粒骨架破坏、中等颗粒滑动移位、小颗粒填充孔隙,颗粒间的接触方式由锐角接触转变为钝角或球面接触;不同加载速率下,矸石集料轴向应力与应变呈幂函数分布,轴向应力和加载速率与破碎矸石分形维数呈对数函数关系;相同载荷下大粒径矸石易发生挤压破碎,矸石颗粒克服变形消耗摩擦能,有利于强化整体的摩擦效应;矸石集料的力链长度随载荷的增大逐渐增长,覆盖范围逐渐增大,高应力范围自上而下逐渐扩展,随外载荷的增大,矸石颗粒网状结构断裂失效,岩块发生滑动、移位、重组,小粒径矸石颗粒具有弱化断裂失效的作用.