动静载作用下煤岩能量响应规律及破坏分形特征

张金良; 李青海; 闫寿庆; 王国徽; 侯雷; 田琼祥; 李谭

doi:10.16452/j.cnki.sdkjzk.2026.04.002

山东科技大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (4) : 12 -25. DOI: 10.16452/j.cnki.sdkjzk.2026.04.002

动静载作用下煤岩能量响应规律及破坏分形特征

张金良, 李青海, 闫寿庆, 王国徽, 侯雷, 田琼祥, 李谭

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摘要

动静载作用路径对巷道围岩稳定性具有重要影响。为研究动静载耦合作用下煤岩能量演化与损伤破坏特征，利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对煤岩进行动静载试验，分析了煤岩在不同加载路径下的峰值强度、残余应变、残余强度、能量演化特征及破坏形态，并基于颗粒离散元程序-快速拉格朗日连续体分析(PFC-FLAC)耦合的SHPB数值模型，模拟了动静载加载过程中煤岩裂隙扩展与声发射演化规律。结果表明：当静载强度为6 MPa,动载强度从0.2 MPa增加至0.8 MPa时的残余强度衰减率为48.34%,动载是影响煤岩峰后力学行为的主导因素；静载恒定时动载每增加1 MPa破碎块度减小11.19 mm,而动载恒定时静载每增加1 MPa破碎块度减小0.29 mm,分形维数对动载变化更敏感，动静载协同增强时分形维数增长最快；动载强度由0.6 MPa增加至0.8 MPa,且静载强度由5MPa增加至6 MPa时，损伤破坏能量转化率骤降13.23%,煤岩破坏模式从稳定的能量耗散阶段过渡至失稳破坏状态；当静载强度为6 MPa且动载强度为0.2～0.6 MPa时，煤岩呈现延性破坏；当动载强度升高至0.8～1.2 MPa时，煤岩表现为脆性破坏，动静载作用下煤岩裂隙累计计数随动载强度的增加呈指数增长。