局部荷载下煤样内部微结构及表面裂隙演化规律

赵洪宝^1,2，王涛¹，苏泊伊¹，程辉¹，刘绍强¹，李扬¹

1. 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院2. 陕西省地质调查院矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室

摘 要：为了研究局部荷载下原煤与型煤试样内部微结构与表面裂纹的演化规律,开展了不同加载面积下原煤与型煤试样的压缩试验,得到了加载过程中试样超声波波速值与表面裂纹变化的实时图像,基于定义的损伤因子与分形理论,研究了原煤与型煤试样局部荷载下损伤演化规律的异同性.结果表明:局部荷载下2种试样的应力-应变曲线均具有典型的阶段性特征,且原煤试样压密阶段的变形大于型煤试样,2种试样抗压强度随加载面积的增大呈线性增加关系;与原煤试样相比,单轴压缩条件下的型煤试样超声波波速曲线缺少最初的加载强化阶段,仅包含加载弱化区和加载失稳区2个阶段;局部荷载不改变煤样损伤的3阶段特征,只是缩短各阶段持续时间;局部荷载下原煤试样表面裂纹的扩展方向与加载方向近似平行,且主控裂纹基本位于加载区与非加载区交界面区域;型煤试样表面裂纹扩展方向与加载方向成一定角度,且裂纹均处于加载区;局部荷载下2种煤样表面裂纹均具有明显的分形特征,且原煤表面分形维数与应变之间呈三次函数规律,型煤表面分形维数与应变之间呈二次函数规律,2种试样临近破坏时刻表面分形维数与加载面积均呈二次函数规律.

关键词：局部荷载;内部微结构;表面裂纹;超声波;分形;