不同冲击速度下煤体动态拉伸失稳演化机理与数值模拟研究

摘要

为揭示深部煤岩体在冲击载荷作用下的应变-损伤-能量耗散机理与演化特征及其对冲击地压防控的影响，通过开展不同冲击速度下煤体动态拉伸失稳机理研究，分析煤体应力-应变-能量响应特征及损伤破坏模式，定量表征煤体动载作用下宏-细观损伤破坏特征，从而揭示能量转化机制与煤体动态失稳特征。研究结果表明：(1)冲击速度与静载作用对动态抗拉强度、应变率及破坏程度有显著影响。随着冲击速度增大，试样破碎程度明显加剧，且在相近冲击速度下，动静组合加载条件下的损伤程度高于单一冲击加载条件。(2)宏观角度下，主裂纹率先出现在试样中部，随后向加载端扩展并最终贯通；细观角度下，裂纹起始于加载端，逐渐向试样中部扩展并连接。裂纹扩展具有阶段性，占据主导的张拉裂纹主要产生于煤体塑性变形和破坏阶段。(3)高冲击速度导致煤体入射能、耗散能和耗散能密度呈增加趋势，且动静组合状态下煤体的耗散能和耗散能密度更高。研究成果为煤层开发所诱发的冲击地压灾害防控提供基础理论支撑。

关键词

冲击地压 / SHPB试验 / 失稳 / 动态拉伸 / 能量耗散

基金资助

国家自然科学基金(42477201); 安徽省优秀青年基金(2022AH030086); 安徽省重点研发计划(2023Z04020001); 安徽省面上基金(2308085ME154); 深部煤炭开采与环境保护全国重点实验室基金(HNKY2024ZD201); 国家重点研发计划(2021YFC2800903)