流固耦合條件下含瓦斯煤巖力學響應特性及滲流規(guī)律研究.pdf

1、煤礦開采過程中，作用在煤巖體上的應力由于工程擾動發(fā)生重新分布，其受力路徑表現(xiàn)為軸向應力的加載和圍壓的卸載；同時，由于流體的流動使得煤巖體受到應力場和滲流場的耦合作用。因此，本論文以原煤和砂巖為研究對象，基于自主研制的“煤巖熱流固耦合試驗系統(tǒng)(THM-2)”開展了不同加卸載條件下含瓦斯原煤巖的力學特性及滲流規(guī)律的試驗研究，探討了不同加卸載速率條件下含瓦斯煤巖的強度、變形及滲透率等變化規(guī)律；分析了瓦斯壓力對砂巖破壞準則的影響并提出了瓦斯壓力

2、作用條件下的修改型 H-B強度準則，以此作為煤巖破壞的強度判據(jù)。本文的主要研究成果如下：
　　①開展了加卸載條件下含瓦斯原煤力學特性及滲流演化規(guī)律的試驗研究。試驗結果表明：含瓦斯煤的力學特性與加卸載速率關系密切。煤樣破壞時的峰值應力σ1、軸向應變ε1和環(huán)向應變ε3均隨加卸載速率比n的增大呈線性關系增大，體應變εv的變化則相反。不同加卸載速率比條件下含瓦斯煤的變形模量變化規(guī)律大致相同，加卸載速率比 n越小，變形模量則越大，且煤樣達到

3、峰值應力時，滲透率也越大。
　　②開展了砂巖在不同加卸載速率條件下力學特性的試驗研究。試驗結果表明：砂巖的峰值應力、破壞時的軸向應變及環(huán)向應變均隨軸向應力加載速率Vσ1的增加呈線性關系增大，隨初始圍壓的升高呈指數(shù)型函數(shù)關系增大。定義不同初始圍壓條件下砂巖從屈服階段到峰值應力處所產生的軸向應變隨時間的變化率為Δε1，砂巖進入屈服階段后，Δε1隨Vσ1的增加而增大，這表明軸向應變快速增大，且增大的速率隨Vσ1的增加而增大。
　　

4、③開展了常規(guī)三軸加載條件下瓦斯壓力對砂巖力學特性影響的試驗研究。試驗結果表明：瓦斯壓力對砂巖的峰值應力和彈性模量起到了弱化作用，瓦斯壓力條件下砂巖的峰值應力隨圍壓的升高呈非線性關系增大。運用拋物線型Mohr強度準則、Hoek-Brown(H-B)強度準則對砂巖在瓦斯壓力作用下的非線性強度特征進行研究，提出了考慮瓦斯壓力作用條件下的修改型H-B強度準則，并以此作為含瓦斯煤巖破壞的強度判據(jù)。
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