采矿与安全工程学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (4): 847-856.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2020.0254

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不同加载速率对含孔试样变形特性影响研究

张天军,景晨,王喜娜,郭海龙,张磊,潘红宇   

  1. 1.西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 710054;2.西安科技大学能源学院 陕西 西安 710054;3.西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室,陕西 西安 710054
  • 出版日期:2021-07-15 发布日期:2021-07-27
  • 作者简介:张天军(1971— ),陕西省西安市人,教授,博士生导师,从事矿山灾害力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(51774234,51874234,51737007)

Experimental investigation of the effect of different loading rates on deformation characteristics of porous samples

  • Online:2021-07-15 Published:2021-07-27

摘要:

为研究瓦斯抽采钻孔的静态加载速率效应,以含预制贯穿孔试样为实验对象,开展不同加载速率的单轴压缩试验并采用数字图像技术分析了试样的力学特性和破坏演化规律。结果表明:加载速率的变化对含孔试样力学特性有较大影响:随加载速率增大,抗压强度、起裂应力水平和变形能密度均逐渐增加但增幅放缓,弹性模量呈现出先增大后减小的趋势。加载过程中拉伸裂纹尖端的几何形状不断改变,拉应力强度因子KΙ减小,拉伸裂纹经历“扩展-闭合-扩展”,拉伸裂纹长度与加载速率呈现较强的指数函数关系,加载速率为0.5 mm/min时,拉伸长度达到最大为43.16 mm。含孔试样的破坏模式单一,呈中心对称;加载速率较小时,远场裂纹起裂位置距边缘较近,宏观裂纹以剪切破坏为主;加载速率较大时,宏观裂纹以拉伸破坏占主导地位,远场裂纹起裂位置距边缘较远。研究结果为揭示瓦斯抽采钻孔失稳的力学响应规律并阐述其演化过程提供一定的理论指导。

关键词: 抽采钻孔, 加载速率效应, 破坏模式, 裂纹扩展, 数字图像技术

中图分类号: