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基于亚临界裂纹扩展的岩石蠕变−冲击变形破裂特征
1
作者
张广超
周泽森
+5 位作者
周广磊
徐涛
Heinz KONIETZKY
赵西坡
黄贺
刘宇航
《煤炭学报》
北大核心
2025年第3期1527-1540,共14页
在深部资源开采过程中,深部岩石长期承受高应力及动载扰动,冲击地压、岩爆等动力灾害频发,严重制约了深部资源的安全高效生产。为研究深部岩石在蠕变和冲击载荷共同作用下的变形破坏机制,基于亚临界裂纹扩展理论及断裂力学理论建立了岩...
在深部资源开采过程中,深部岩石长期承受高应力及动载扰动,冲击地压、岩爆等动力灾害频发,严重制约了深部资源的安全高效生产。为研究深部岩石在蠕变和冲击载荷共同作用下的变形破坏机制,基于亚临界裂纹扩展理论及断裂力学理论建立了岩石蠕变模型,通过统一时间尺度的方式实现了蠕变和冲击2个不同应变率范围载荷的统一求解,并基于二维块体离散元软件UDEC开发了岩石在蠕变和冲击共同作用下的数值模型,在验证该模型的基础上,研究了不同蠕变应力水平和不同冲击载荷对岩石变形破裂特征的影响。研究表明:基于亚临界裂纹扩展理论的岩石蠕变-冲击模型能较好地描述岩石初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段,且该数值模型可以准确地模拟冲击载荷后蠕变应变增加及蠕变破坏时间缩短的效应;随着亚临界裂纹常量B增大或应力腐蚀指数n减小,岩石稳态蠕变阶段应变率增大,岩石稳态蠕变阶段及蠕变破坏寿命缩短;随着蠕变应力水平的增加,岩石瞬时弹性应变及稳态蠕变阶段相同冲击载荷引起的瞬时应变随蠕变应力水平的增加而增加,且岩石在蠕变和冲击的作用下的破坏时间具有明显的非线性特征;随着冲击载荷增加,岩石的瞬时应变明显增大,在高冲击载荷下具有更快的增长率,且岩石失稳破坏时间随冲击载荷的变化差异明显,在高冲击载荷下,岩石试样失稳破坏时间明显缩短。
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关键词
亚临界裂纹扩展
蠕变
冲击
离散元数值模拟
破裂模式
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职称材料
题名
基于亚临界裂纹扩展的岩石蠕变−冲击变形破裂特征
1
作者
张广超
周泽森
周广磊
徐涛
Heinz KONIETZKY
赵西坡
黄贺
刘宇航
机构
山东科技
大学
能源与矿业
工程
学院
东北
大学
岩石破裂与失稳研究中心
弗莱贝格工业大学岩土工程系
兖矿能源集团股份有限公司
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第3期1527-1540,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(52204098)
山东省自然科学基金优秀青年基金资助项目(ZR202211070181)
山东省自然科学基金资助项目(ZR2022QE123)。
文摘
在深部资源开采过程中,深部岩石长期承受高应力及动载扰动,冲击地压、岩爆等动力灾害频发,严重制约了深部资源的安全高效生产。为研究深部岩石在蠕变和冲击载荷共同作用下的变形破坏机制,基于亚临界裂纹扩展理论及断裂力学理论建立了岩石蠕变模型,通过统一时间尺度的方式实现了蠕变和冲击2个不同应变率范围载荷的统一求解,并基于二维块体离散元软件UDEC开发了岩石在蠕变和冲击共同作用下的数值模型,在验证该模型的基础上,研究了不同蠕变应力水平和不同冲击载荷对岩石变形破裂特征的影响。研究表明:基于亚临界裂纹扩展理论的岩石蠕变-冲击模型能较好地描述岩石初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段,且该数值模型可以准确地模拟冲击载荷后蠕变应变增加及蠕变破坏时间缩短的效应;随着亚临界裂纹常量B增大或应力腐蚀指数n减小,岩石稳态蠕变阶段应变率增大,岩石稳态蠕变阶段及蠕变破坏寿命缩短;随着蠕变应力水平的增加,岩石瞬时弹性应变及稳态蠕变阶段相同冲击载荷引起的瞬时应变随蠕变应力水平的增加而增加,且岩石在蠕变和冲击的作用下的破坏时间具有明显的非线性特征;随着冲击载荷增加,岩石的瞬时应变明显增大,在高冲击载荷下具有更快的增长率,且岩石失稳破坏时间随冲击载荷的变化差异明显,在高冲击载荷下,岩石试样失稳破坏时间明显缩短。
关键词
亚临界裂纹扩展
蠕变
冲击
离散元数值模拟
破裂模式
Keywords
subcritical crack growth
creep
impact
discrete element numerical simulation
fracture mode
分类号
TD315 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
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1
基于亚临界裂纹扩展的岩石蠕变−冲击变形破裂特征
张广超
周泽森
周广磊
徐涛
Heinz KONIETZKY
赵西坡
黄贺
刘宇航
《煤炭学报》
北大核心
2025
0
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