张俊文:论文推荐|张俊文等:真三轴条件下砂岩渐进破坏力学行为试验研究

董乐器 2021-07-16 10:21:06

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作 者

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张俊文1,2,3,宋治祥1,范文兵1,丁露江1,姚子祥1,霍英昊1,宿文桐1

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作者单位

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1. 中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院张俊文;2. 中国矿业大学(北京) 共伴生能源精准开采北京市重点实验室;3. 中国矿业大学(北京) 煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心

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研究背景

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煤炭开采逐渐进入千米深井时代,深部效应易使深部矿井巷道围岩呈现出“大变形、难维护、渐进破坏”的宏观失稳特征,进而易降低深部矿井巷道围岩的稳定性。同时,深部巷道围岩一般处于三向不等的高地应力环境中,而砂岩又是深地工程中最为常见的地质岩体之一。因此,深入研究真三轴条件下砂岩渐进破坏特征及其力学行为演化规律可为深部矿井巷道围岩稳定性控制提供一定的指导与借鉴。

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国内外学者对真三轴条件下煤岩体的力学行为演化规律及其破坏特征进行了深入研究,均获得了较为丰富的研究成果。

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然而,国内外学者多数集中研究中主应力对煤岩体强度准则的影响及其准则的修正,而忽略了对真三轴条件下煤岩体渐进破坏机制方面的研究。基于此,笔者对砂岩进行了不同应力路径、不同模拟深度下的真三轴力学试验,进一步获得了真三轴条件下砂岩的渐进破坏力学行为演化规律,从而为深部巷道开挖、支护及稳定性控制提供一定的基础理论依据。

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摘 要

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借助于多功能真三轴流固耦合试验系统,基于深部初始高地应力状态还原思路,对砂岩进行了不同应力路径、不同模拟深度下的真三轴正交力学试验,获得了真三轴不同工况下砂岩变形全过程应力-应变曲线。

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深入分析了砂岩在Z,Y,X三个方向上的渐进变形演化规律,表征了真三轴条件下砂岩渐进破坏力学行为演化特征,较好地反映了与之相对应的深部矿井巷道开挖后围岩的渐进变形演化特征及其渐进破坏力学机制。

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研究结果表明:

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①同一应力路径、不同模拟深度下的砂岩峰值强度随模拟深度的增加而不断增大,这表明深部效应对砂岩强度演化规律存在显著影响。

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②同一模拟深度、不同应力路径下的砂岩Z向主应变随Z向主应力的增大而不断增加,X向主应变却是随Z向主应力的增大而不断减小,这表明应力加载路径是影响砂岩X方向与Z方向渐进变形破坏机制的一大因素。

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③路径2与路径3下的砂岩Y向主应变均是随着模拟深度的增加而不断增大,而路径1下的砂岩Y向主应变却是随着模拟深度的增加呈现出先增大后减小的渐变规律,这说明应力卸载程度会显著影响砂岩Y方向的渐进变形特征。另外,不同应力路径下的砂岩X向主应变均是随着模拟深度的增加而不断增大,深部效应显著。

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作者简介

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张俊文,男,1977年8月20日生,内蒙古凉城县人,教授,博士。中国岩石力学与工程学会青年工作委员会第七届理事会委员,中国煤炭学会煤矿系统工程专业委员会委员。主持国家自然科学基金、国家重点研发子课题等科研项目10余项。发表学术论文 60余篇(其中SCI/EI 收录30 余篇)。授权发明专利3件。获教育部科技进步一等奖1项(排名第1),其他省部级科技进步二等奖10项。出版著作2部,主编教材2部。曾获煤炭青年科技奖荣誉称号。

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研究方向

深部开采、矿山压力及控制

主要成果

一直致力于煤矿深部开采、矿山压力及控制方面的研究。提出了深部岩石力学测试新方法及深部卸让压开采减灾、避灾的思路,建立了卸让压开采上覆岩层空间结构体系,提出了基于三剪能量屈服准则的巷道围岩破裂数学模型,揭示了深部开采卸让压的力学机理及空间效应,形成了卸让压采动巷道的支护技术。相关成果获得了教育部科技进步一等奖。

文中图片

砂岩所受各向作用力示意

多功能真三轴流固耦合系统

世界各国地应力测量典型结果

真三轴条件下砂岩空间应力路径示意

不同模拟深度、不同应力路径下砂岩应力-应变曲线

不同模拟深度、不同应力路径下砂岩Z向主应变与体应变曲线

真三轴条件下砂岩强度分界点确定与阶段划分依据示意

不同应力路径下砂岩Z方向渐进变形特征

不同路径下砂岩Y方向渐进变形特征

不同路径下砂岩X方向渐进变形特征

来源:

张俊文,宋治祥,范文兵,等. 真三轴条件下砂岩渐进破坏力学行为试验研究[J]. 煤炭学报,2019,44(9):2700-2709.

ZHANG Junwen,SONG Zhixiang,FAN Wenbing,et al. Experimental investigation on progressive damage mechanical behavior of sandstone under true triaxial condition[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(9):2700-2709.

责任编辑:常琛编辑整理:郭晓炜

审 核:常琛

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