不同含水率煤体单轴压缩力学特性及损伤统计模型研究

摘要

为了研究水分对煤体力学特性的影响,制备不同含水率的原煤煤样和型煤煤样,进行单轴压缩力学试验。根据试验结果,讨论2种煤样的变形特性随含水率变化的规律,分析煤样的力学参数和含水率的关系,对比不同含水率下2种煤样的破坏方式。研究结果表明,随着含水率增大,2种煤样的应力–应变曲线的压密阶段区间增大,弹性阶段区间缩小,屈服阶段更加显著。2种煤样的含水率和力学参数拟合关系相同,抗压强度与含水率呈负线性关系,峰值应变与含水率呈正线性关系,弹性模量与含水率呈负指数关系。从干燥状态到饱水状态,发生破坏后,原煤煤样依次表现为剪切破坏、拉伸–剪切组合破坏,型煤煤样依次表现为剪切破坏、拉伸破坏、拉伸–剪切组合破坏。在力学试验的基础上,考虑煤体压密阶段的应力–应变关系,建立考虑含水率的煤体分段式损伤本构模型,对试验结果进行了验证。拟合结果显示理论曲线和试验数据具有较高的拟合度,模型适用于分析不同含水率的煤体单轴压缩力学问题。研究结论为受煤体水分影响的煤矿工程的分析和设计提供了参考。