基于特征应力的准静态三轴煤岩脆性特征分析

• 作者: 刘晓辉 郑钰 郝齐钧 桂欣 薛洋
• 来源期刊: 岩石力学与工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 岩石力学 准静态应变率 三轴煤岩 脆性 耗散能 特征应力
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 页码范围: 2454-2465
• 页数: 12页
• 分类号: TU45
• 语种: 中文
• DOI: 10.13722/j.cnki.jrme.2021.0278

摘要

依托MTS815岩石力学试验系统开展准静态应变率下三轴煤岩压缩试验,分析煤岩变形破坏特征及能量演化规律,利用能量耗散理论确定损伤应力,并提出一种基于不同特征应力且能反映煤岩峰前、峰后力学行为的脆性指标,以分析不同应变率、不同围压作用下煤岩的脆性变化规律.研究表明:准静态三轴煤岩应力-应变曲线存在明显的阶段性特征,随围压升高、应变率降低,峰后应力跌落量减小,破坏形式由张拉破坏向剪切破坏过渡,煤岩的脆性破坏特征减弱.考虑到能量耗散导致煤岩内部出现不可逆损伤,定义耗散能与总应变能的比值为耗散能率,确定耗散能率曲线的极小值点为损伤应力点.综合考虑峰前裂纹扩展程度与峰后应力跌落程度,结合损伤应力、峰值应力与残余应力建立准静态三轴煤岩的脆性指标Bstress.随围压升高、应变率降低,Bstress减小,说明煤岩脆性减弱.通过与其他脆性指标对比分析发现Bstress更能体现出煤岩脆性受应变率的促进与围压的抑制作用.利用变异系数进一步分析同一组平行试验下各脆性指标的离散程度,发现Bstress的离散性最小,在准静态应变率下表征三轴煤岩的脆性特征更为合理.