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加载方式与冲击速度对煤裂纹扩展规律的影响

2021-05-10樊国伟尚军宁

煤矿安全 2021年4期
关键词:裂纹

樊国伟,孙 荘,尚军宁

(1.运城职业技术学院 教学矿井,山西 运城044000;2.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京100083)

在地下工程中,特别是在煤炭开采过程中,一直伴随着煤岩体的失稳破坏,这是由煤岩体在不同受载条件下的断裂失稳导致的。近年来,我国煤炭资源的开采重点转入深部开采[1],高应变率下的冲击断裂失稳更是频有发生,对生产安全和人员生命造成了巨大的威胁。因此,研究煤岩体在不同加载方式下的动态断裂特性,认清煤岩体在冲击载荷下的裂纹扩展规律,将对冲击地压等动力灾害事故的现场工程防治与煤矿安全指导提供一定的理论支撑。

断裂力学将基本加载方式分为Ⅰ型加载(张拉型),Ⅱ型加载(剪切型),Ⅲ型加载(撕开型)[2],2 种以上加载方式的组合为复合型加载。而在工程实体中,Ⅰ-Ⅱ复合型加载较为常见[3],因此,Ⅰ-Ⅱ复合型加载及其基本加载方式即Ⅰ型和Ⅱ型加载成为了研究的重点。为此国内外学者分别对锈岩[4]、花岗岩[5]、大理岩[5]及合成材料如聚氨酯[6]等脆性材料开展了Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型加载时的断裂韧度研究。Ayatollahi 等[7-8]研究了纳米晶体镁、改性聚合物水泥和大理石等材料的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂特性。Lin等[9-10]采用数字散斑技术研究大理岩和砂岩在Ⅰ型、Ⅱ型以及Ⅰ-Ⅱ复合型加载的裂纹扩展特征,并揭示了其在不同加载条件下的断裂破坏机理。Xia 等[11-12]开展了花岗岩和大理岩在冲击载荷下Ⅰ型和Ⅱ型动态断裂试验,研究了加载率和围压试样的动态断裂韧度和裂纹扩展的影响规律。……

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