煤岩非线性损伤试验及理论模型

为了研究煤岩材料的损伤演化过程,分别对煤和砂岩试样进行了轴向应变控制、定常环向应变控制、不同围压下的单轴压缩和三轴压缩试验研究,观察煤岩的实验损伤演化过程;对试验数据进行分析,结合煤样的变形损伤特征,基于损伤力学和热力学基本原理,推导并建立了煤岩非线性损伤演化方程和煤岩试样非线性损伤本构方程.通过试验结果验证了煤岩材料的非线性损伤理论的合理性,同时也丰富了煤岩损伤理论体系.     

煤与瓦斯突出损伤动力演化机理

煤与瓦斯突出中力学性质表现得相当复杂.目前研究很少考虑瓦斯压力梯度对煤的流变破坏作用.本文中基于对煤岩力学性质新的认识,从煤岩损伤破坏的角度出发,综合考虑煤岩的物理力学性质,包括流变性质、地应力和瓦斯压力等因素.根据煤的力学试验结果所表现的非线性弹性性质,在分析瓦斯压力、地应力分别在突出过程中所起的作用基础上,将煤与瓦斯突出具有强烈时间效应的动态力学过程分为准备、发动、发展和终止4个阶段.对瓦斯压力、地应力和重力作用下煤的加速损伤演化所引起的煤与瓦斯突出进行了发生机理的阐述,从而得出煤壁内部瓦斯压力梯度是突出的主要动力源,地应力只是对突出起到辅助作用.对煤岩灾变的延期性、孔洞形状、声发射特征、相对瓦斯涌出量大大超过煤层瓦斯含量、突出煤的分选性、突出的终止过程等现象作新的解释和定性分析.     

含瓦斯煤体内多场耦合及损伤断裂机理

为了揭示含瓦斯煤体内应力场-瓦斯场-裂隙场三场之间的耦合关系及其损伤断裂机理.运用弹性力学、损伤力学及瓦斯渗流理论,通过建立损伤变量,描述煤体在有效应力作用下裂隙场的变化,同时给出损伤变量对煤体内孔隙率的影响以及煤体受损伤后有效应力的变化方程;根据所建耦合方程,考虑煤体在应力场-瓦斯场-裂隙场耦合作用下煤体内的微小变形对煤体宏观性能的影响,给出了不同损伤情况下煤体内瓦斯压力的分布规律.揭示了多场耦合作用下煤体内大量微损伤积累通过跨尺度的非线性串级发展而诱发煤体的宏观灾变,并从能量角度给出了含瓦斯煤体的损伤断裂准则.     

单轴压缩荷载下煤岩的弹脆性损伤本构模型

基于计算机层析摄影技术下单轴压缩脆性煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律 ,对白皎煤矿脆性煤岩材料进行损伤描述 ,分析求解实验过程中煤岩试件的损伤变量 ,并与Bellonoi和Lemaitre公式求得的损伤变量进行对比 ,以说明该方法求损伤变量的合理性 .为正确描述脆性煤岩材料的本构行为及演化过程 ,根据实验结果 ,分别给出脆性煤岩材料准线性阶段、损伤开始演化和稳定发展阶段、损伤加速发展阶段的损伤本构模型及损伤演化方程 ,以供工程参考使用 .     

煤岩体的损伤断裂机理研究

从分析煤岩的微结构特征和煤岩体的裂纹系统出发,根据损伤力学和断裂力学理论,初步探讨了煤岩体的损伤断裂机理,提出了煤岩体的损伤断裂准则,为煤炭开采中合理进行煤岩破碎和改进煤炭生产工艺及煤炭品质等提供一定的理论参考。     

煤岩不同应力水平的蠕变及破坏特性

对韩城地区3#和5#煤岩在9 MPa围压下进行三轴蠕变试验,通过分级加载试验获取不同应力水平下煤岩的蠕变曲线。建立不同应力水平下煤岩的蠕变本构方程,并根据试验数据进行参数识别。结果表明:当3#和5#煤岩样的轴向应力分别小于其瞬时抗压强度的60%、40%时,蠕变曲线仅包含瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段和等速蠕变阶段,在等速蠕变阶段应变速率几乎为零;当3#和5#煤岩样的轴向应力分别介于其瞬时抗压强度的60%～80%、40%～80%时,等速蠕变阶段的应变速率近似为一常值;而当3#及5#煤岩样的轴向应力均为其瞬时抗压强度的80%以上,蠕变试验曲线分别表现出蠕变脆性破坏特性和蠕变韧-脆性破坏特性。     

不同含气饱和度下煤岩力学性质变化的研究

采用对比测井曲线计算结果和数学模型验证的方法,以成庄矿3号煤为研究对象,研究不同含气饱和度下煤岩力学性质(弹性模量、泊松比)的变化趋势。结果表明:含气饱和度对煤岩弹性模量影响较大,含气量较多时影响较为剧烈,弹性模量随着含气饱和度增加呈明显减小趋势,且相关性较好,规律性较强;同时随着含气饱和度增加泊松比减小,但减小趋势不明显,含气饱和度对煤岩泊松比的影响规律较复杂,相关性较差,规律性差。     

煤岩强度和岩体的稳定性

重庆打通煤矿为一有煤和瓦斯突出的矿井,为了解决因矿压大严重影响矿井生产问题,一九七五年我系矿压实验室对打通一矿39层煤岩样试验了九种煤岩的力学性质,研究煤岩强度和岩体稳定性的关系。 取自一矿井下的试件,一部分为手检样品,其余均为穿过39层煤岩的岩芯。因受试件加工和试验条件的限制,抗弯及抗剪试验只能选择部分煤层和岩层进行。关于吸水膨胀量,     

煤岩损伤分析及偏应力检测法

大量的煤岩显微试验分析表明,损伤是沉积相煤岩固有的力学特性,结构的非均质性及其引起的应力局部化,是煤岩损伤发展最终导致结构破坏的根本原因;受力以后,煤的脆性断裂及以后的搓揉、粒化等破坏形式应是煤与瓦斯突出时煤的主要破坏机制,由全应力－应试验结果得知,煤岩受力以后,相对其峰值强度而言,强度高的岩石扩容应力和残余强度高,而煤的扩容应力残余强度度。最后,提出了研究煤岩损伤变化过程的偏应力检测法。     

声发射能量累积与煤岩损伤演化关系初探

为了寻求煤及岩石在受载破坏过程中能量积累与应力应变之间的关系,分别对煤矿的煤和泥岩进行了单轴加载及声发射试验,得到了煤岩试样单轴加载试验过程中声发射能量累积、应力与应变之间的关系曲线。利用损伤力学基本原理和热力学定律,理论推导了煤岩损伤演化方程,进而得到损伤与声发射能量累积关系曲线,通过拟合损伤与声发射能量累积关系曲线初步推导得到了声发射能量累积与应力应变的理论关系,并通过试验结果验证了能量累积与应力应变关系。     

剪切损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学以含微观缺陷的材料为研究对象,分析微裂纹或微孔洞对材料宏观力学性能的影响以及损伤的演化过程。在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,难以深入到损伤过程的物理学与力学本质。在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均剪应变,进一步分析这种剪应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性剪切本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性剪切损伤的细观描述。这种方法还可适用于弹性拉伸损伤的细观机理的研究,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的。     

拉伸损伤细观机理的弹性力学分析

损伤力学有2个主要分支：连续损伤力学和细观损伤力学.在连续损伤力学理论中,许多学者采用引入损伤变量到材料的本构方程中的办法,来反映材料的不可逆变化过程,这种方法在工程应用中具有简单实用的优点,但损伤变量的物理意义不是特别清晰,而且难以找到拉伸损伤变量和剪切损伤变量之间的联系,往往是只能建立两者各自独立的损伤演化方程.在弹性力学理论中利用复变函数方法能求出材料在给定的受力状态下的位移场,在此基础上,可分析平面应力条件下含一条微裂纹的单元体边界处和裂纹面上的位移场,通过平均化的方法,得到单元体的平均线应变,进一步分析这种线应变与单元体中裂纹的几何尺寸之间的关系,再利用弹性拉伸本构关系,就可得到脆性和准脆性材料弹性拉伸损伤的细观描述.这种方法已经分析了弹性剪切损伤的细观机理,对进一步建立含有随机裂纹材料的宏细观相结合的损伤理论是很有意义的.     

压缩荷载下煤岩损伤演化规律细观实验研究

利用计算机层析摄影技术 (CT)进行了单轴压缩荷载作用下脆性煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验 ,得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数 .根据实验结果可把白皎煤矿煤岩细观损伤演化规律全过程分为 5个阶段 :损伤弱化阶段、准线性阶段、损伤开始演化和稳定发展阶段、损伤加速发展阶段、峰后软化阶段 .通过对CT数及其方差进行分析 ,得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律 ,为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据 .     

煤体裂纹水力致裂的扩展机理

基于现有的岩石断裂力学和细观损伤力学,在引用裂纹尖端损伤局部化模型,考虑煤体的远场应力、煤体注水压力及局部损伤带内应力作用的前提下,分析了裂纹尖端应力分布,对水力作用下煤体裂纹尖端损伤局部化、裂纹扩展的基本条件及裂纹扩展的方向进行了理论分析与探讨。     

内蒙古煤炭资源开发及其可持续利用研究

内蒙古煤炭资源丰富,煤炭工业是内蒙古经济的重要支柱。文章就内蒙古煤炭资源开发现状,分析了目前开发中存在的问题,提出内蒙古煤炭资源可持续利用的途径。实施大集团战略,以高新技术调整产业结构,拉长产业链,提高煤产品附加值,实现煤炭资源综合开发,促进区域经济持续、稳定、健康的发展。同时由于内蒙古生态环境的脆弱性,在进行煤炭资源综合开发过程中要加强区域生态环境综合治理和保护。     

论洁净煤技术在山西的实践意义

分析山西省主要支柱产业-煤炭行业面临的困境及实施洁净煤技术的现实和战略意义,实践的重点是煤炭洗选、型煤加工、燃烧中固硫、洁净燃具、煤层气开发和煤副产品综合利用,限制焦化工业,实现煤炭无害化生产和加工。     

顶煤损伤统计力学模型

假设煤岩微元强度服从 Weibull分布 ,分析了支承压力、煤层倾角、煤体力学性质对急斜放顶煤开采水平分段高度的影响 ,结果表明 ,损伤分析对确定水平分段这一关键技术参数有重要作用。     

浅谈煤场煤自燃的成因和危害及其对策

煤场作为煤气炉(或锅炉房)连续稳定生产的原料库，必须贮存一定数量的煤，由于煤的内在的本质原因和外在的客观条件，煤自燃的现象十分普遍。描述了煤场煤自燃的特点、成因及其危害，阐明了煤自燃的机理并提出了相应的防范措施。     

单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验

冲击地压是煤岩体损伤破坏的特殊表现形式，为了弄清冲击地压的发生机理，利用CT机及其配套专用加载设备，进行了单铀压缩荷载作用下煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试验，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩在从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数。通过对CT数和方差等数据进行分析，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律，为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据，可进一步研究煤岩的宏观破坏及其本构关系。     

糜棱岩成因的细观损伤力学模型

文章提出了一个糜棱岩成因的孔洞损伤力学体胞模型。糜棱岩原岩在糜棱化过程中经历了2个主要阶段:即由流动构造引起的韧性孔洞损伤阶段和孔洞损伤所形成的多孔介质受局部低围压高轴压作用发生的韧带破碎阶段。基于该体胞模型,对一具体的糜棱岩原岩———花岗岩,用有限元法就其糜棱化全过程进行了初步模型分析和数值模拟,发现在糜棱岩产出的地应力条件下,多孔介质韧带破碎是完全可能发生的。