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不同界面角度煤充结构体劈裂破坏特性与机理 被引量：1
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作者 史旭东 王凯 +5 位作者 白锦文 曹光明 冯国瑞 王泽华 崔博强 宋诚 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期387-398,共12页
柱旁充填中煤柱与充填体之间的界面为煤充结构体的薄弱环节,对煤充结构体的劈裂特性具有重要影响。本文开展了不同界面角度情形下煤充结构体试样破坏的巴西劈裂试验,分析了煤充结构体试样的劈裂特性、破坏模式与受力状态,并揭示了其劈... 柱旁充填中煤柱与充填体之间的界面为煤充结构体的薄弱环节,对煤充结构体的劈裂特性具有重要影响。本文开展了不同界面角度情形下煤充结构体试样破坏的巴西劈裂试验,分析了煤充结构体试样的劈裂特性、破坏模式与受力状态,并揭示了其劈裂破坏机理。结果表明:煤充结构体可简化为由煤体元件和充填体元件共同组成的复合承载体,其劈裂力学特性与界面角度密切相关。煤充结构体试样整体抗拉强度随界面角度增加呈先增大后减小的变化趋势,表现出明显的各向异性。煤充结构体试样的破坏模式表现为:类型Ⅰ:裂纹主要沿煤充结构体试样界面扩展;类型Ⅱ:裂纹主要沿煤充结构体试样加载方向扩展;类型Ⅲ:裂纹沿煤充结构体试样界面方向和加载方向扩展。煤充结构体劈裂破坏机理体现在:界面上所受载荷达到界面抗压、抗拉或抗剪强度,使试样内部产生沿界面贯通的裂纹,发生Ⅰ类破坏。煤体元件所受载荷先达到其抗拉强度,最早产生拉伸裂纹;随着载荷持续增大,充填体元件所受载荷也达到自身抗拉强度,最终沿加载方向在试样内产生贯通型拉伸裂纹,发生Ⅱ类破坏。煤体元件所受载荷先达到其抗拉强度,产生拉伸裂纹;随着载荷不断增大,先后或同时达到界面强度和充填体元件抗拉强度,使试样内形成由拉伸裂纹和界面裂纹共同组成的贯通型裂纹,发生Ⅲ类破坏。本研究可为柱旁充填中煤充结构体劈裂失稳防控提供理论依据。 展开更多
关键词 煤充结构体 劈裂破坏 界面角度 煤体元件 充填体元件
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FRP包裹对煤充结构体劈裂破坏特征的影响 被引量：1
2
作者 白锦文 杨欣宇 +5 位作者 史旭东 冯国瑞 崔博强 宋诚 王凯 李剑 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期3541-3557,共17页
柱旁充填中煤柱与充填体共同组成具有协同承载作用的煤充结构体,二者之间的界面为煤充结构体薄弱环节。界面失稳会诱发煤充结构体的整体失稳,FRP包裹可以用于增强界面稳定性。本文开展不同界面角度情形下煤充结构体的3组巴西劈裂试验(... 柱旁充填中煤柱与充填体共同组成具有协同承载作用的煤充结构体,二者之间的界面为煤充结构体薄弱环节。界面失稳会诱发煤充结构体的整体失稳,FRP包裹可以用于增强界面稳定性。本文开展不同界面角度情形下煤充结构体的3组巴西劈裂试验(不进行FRP包裹、FRP包裹1圈和FRP包裹2圈),结合DIC和声发射监测技术,研究FRP包裹对煤充结构体劈裂破坏特征的影响。结果表明:(1)煤充结构体界面上所受荷载超过界面抗拉强度或界面抗剪强度时会产生界面裂纹;煤体元件或充填体元件所受荷载超过其抗拉强度时会产生拉伸裂纹;FRP包裹后,煤充结构体能够承受的荷载增加,积聚的能量不能通过界面分离释放,使得煤体元件上出现集中破坏区。(2)随着界面角度增大,界面裂纹由拉伸裂纹转变为剪切裂纹;FRP包裹后,界面裂纹的发育程度显著降低,且其脆性特征也会减弱。(3)煤充结构体应变带的扩展方向包括沿着加载方向扩展和沿着界面方向扩展2种;FRP包裹会增大煤充结构体界面的抗拉强度和抗剪强度,使得界面稳定性增强。(4)FRP包裹可以提高煤充结构体试样的AE计数,并削减试样最终发生失稳时的损伤程度。(5)FRP包裹后煤充结构体的AF-RA数据点数量增多,FRP包裹使得试样在失稳前能经历更多的裂纹产生与扩展。该研究成果有望为柱旁充填中煤充结构体的劈裂失稳防控提供理论指导。 展开更多
关键词 采矿工程 煤充结构体 FRP包裹 劈裂破坏 界面角度 DIC 声发射
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柱旁单侧充填煤充结构体的破坏响应特征与失稳机制
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作者 崔博强 白锦文 +6 位作者 冯国瑞 王善勇 王凯 史旭东 郭军 杨欣宇 宋诚 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期2431-2446,共16页
为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发... 为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发射特征的BP煤充结构体单轴压缩损伤模型;最后,揭示BP煤充结构体单轴压缩的失稳机制。研究结果表明:随着煤体元件体积占比的增加,BP煤充结构体的承载能力逐渐减小,弹性模量先减小后增大,而峰值应变先增大后减小。BP煤充结构体试样在单轴加载过程中,应变集中带首先出现在煤-充界面,其次出现在体积占比较大的元件中,最后出现在体积占比较小的元件中;最大声发射能量均出现在体积占比较大的元件中。BP煤充结构体试样的损伤会经历一个渐进损伤过程,主要包括初始损伤阶段、损伤发展阶段和损伤衰减阶段;煤体元件体积占比越大,BP煤充结构体损伤值增长越迅速,也更易造成结构体突然失稳;相反,充填体元件体积占比的增大会延缓BP煤充结构体试样的损伤速度。BP煤充结构体试样的失稳最早由煤-充界面的剪切破坏或拉伸破坏所引发,之后煤体元件或充填体元件发生联动破坏,导致BP煤充结构体试样丧失整体承载能力,并引发最终失稳。 展开更多
关键词 柱旁单侧充填 煤充结构体 单轴加载 破坏响应 失稳机制
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界面角度对煤充结构体巴西劈裂特征影响的实验和数值模拟 被引量：1
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作者 史旭东 冯国瑞 +5 位作者 白锦文 朱淳 王善勇 王凯 崔博强 宋诚 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期189-201,共13页
煤柱和充填体作为复合结构共同承担覆岩载荷。煤柱和充填体之间的界面失稳会诱发复合结构的整体失稳。本文通过室内巴西劈裂实验研究了不同界面角度煤充结构体的破坏类型,强度-声发射-数字图像相关响应特征。利用颗粒流数值模拟软件研... 煤柱和充填体作为复合结构共同承担覆岩载荷。煤柱和充填体之间的界面失稳会诱发复合结构的整体失稳。本文通过室内巴西劈裂实验研究了不同界面角度煤充结构体的破坏类型,强度-声发射-数字图像相关响应特征。利用颗粒流数值模拟软件研究了试样的微裂纹,接触力分布和位移矢量演化规律。结果表明:不同界面角度煤充结构体共发生了三种类型破坏;随着界面角度增大,试样的破坏类型从类型Ⅰ转变为类型Ⅰ-Ⅱ,最后转变为类型Ⅲ;不同界面煤充结构体的强度-声发射-DIC特征与破坏类型相对应;随着界面角度的增大,试样内接触力的分布从加载方向向界面法向演化。煤体元件和充填体元件上的裂纹主要为拉伸裂纹,界面上的裂纹为拉伸,剪切或拉剪复合裂纹。 展开更多
关键词 煤充结构体 界面角度 巴西劈裂加载 劈裂特征
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