不同接触模型与饱和度下含瓦斯水合物煤体细观力学性质研究

摘要

针对3种饱和度的含瓦斯水合物煤体开展常规三轴压缩试验，并利用离散元法，基于抗滚动模型和平行黏结模型分别开展了三维离散元数值试验，探讨饱和度与颗粒形状对含瓦斯水合物煤体偏应力-应变曲线、平均配位数、速度场及接触力链的影响特征。结果表明：(1)饱和度分别为40%、60%和80%时，峰值强度分别为14.86、16.18和16.16 MPa,增幅为8.7%,峰值强度随饱和度的增加呈现先增大后趋于恒定的趋势；(2)抗滚动接触模型的弹性模量和峰值强度误差率均在6%以内，而平行黏结模型二者误差率均在9%以内，表明2种模型均可表征含瓦斯水合物煤体力学特性，其中，抗滚动接触模型效果更好；(3)随饱和度增大，试样初始配位数和最终配位数增大，加载过程中2种试样平均配位数特征具有差异性，速度场变化特征不明显，试样内部接触力均降低，试样的峰值强度和弹性模量提高，含瓦斯水合物煤体力学性质有所改善；(4)与平行黏结试样相比，抗滚动作用会增加颗粒间的有效接触，力链分布更多且均匀，以轴向柱状力链为主，结构更稳定。

关键词

含瓦斯水合物煤体 / 常规三轴试验 / 饱和度 / 平行黏结模型 / 抗滚动模型 / 离散元