吳學(xué)明，王蘇健，張?zhí)燔姡S耀光，黃克軍

(1.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院，陜西 西安 710065；2.煤炭綠色安全高效開采國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，陜西 西安 710065；3.西安科技大學(xué) 理學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引 言

沖擊傾向性是煤層的固有力學(xué)屬性，它是關(guān)于能量和時(shí)間的函數(shù)[1]。基于損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型的沖擊傾向性評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)及防治沖擊礦壓的理論基礎(chǔ)[2-4]。針對(duì)煤層沖擊傾向性指標(biāo)包括彈性能指數(shù)、沖擊能指數(shù)、動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間、單軸抗壓強(qiáng)度等[5]，其分別從能量、時(shí)間和承載能力的角度對(duì)煤層沖擊傾向性進(jìn)行評(píng)價(jià)。蘇承東、蔡武根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析了上述指標(biāo)間的相關(guān)性[3,6]，且蔡武等提出了最大損傷速率和反應(yīng)動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間的動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變新指標(biāo)[3]。此外，郭建卿、唐禮忠提出有效沖擊能指數(shù)、單軸抗壓強(qiáng)度與單軸抗拉強(qiáng)度之比、峰值前后應(yīng)變量之比等指標(biāo)[7-8]，并指出有效沖擊能指標(biāo)更能反映煤樣在壓縮變形破壞過(guò)程吸收和釋放能量的關(guān)系[8]；潘一山提出用沖擊能量指數(shù)除以動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間得到?jīng)_擊能量速度指標(biāo)[9]，解決了沖擊傾向性判別結(jié)果誤差大、離散性等難題；唐禮忠提出剩余能量的概念及以剩余能與峰后破壞耗散應(yīng)變能的比值作為剩余能量指數(shù)指標(biāo)[10]；姚精明從宏細(xì)觀能量耗散的角度出發(fā)提出彈性應(yīng)變能衰減度和塑性變化率指標(biāo)[11-12]，基于此的分級(jí)指標(biāo)更貼近工程實(shí)際。以上研究極大地豐富了沖擊傾向性指標(biāo)體系，但均從實(shí)驗(yàn)曲線出發(fā)來(lái)直接制定評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且存在受實(shí)驗(yàn)加載方式的限制，指標(biāo)計(jì)算不便，評(píng)價(jià)結(jié)果誤差較大等問(wèn)題。而吳政提出的損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型對(duì)未考慮殘余強(qiáng)度的應(yīng)力—應(yīng)變曲線擬合度較高，且曲線上不同特征點(diǎn)處的損傷規(guī)律簡(jiǎn)潔、明了，但該模型未能體現(xiàn)出煤體存在殘余強(qiáng)度的這一事實(shí)[13]；楊圣奇利用損傷比例系數(shù)得到了可反映殘余強(qiáng)度的損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型，為煤巖沖擊傾向性的評(píng)價(jià)提供了新思路[14]；蔡武由此引進(jìn)動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變和最大損傷速率指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)沖擊傾向性，但其動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變的力學(xué)意義不明確，且未得到最大損傷速率理論解，致其應(yīng)用不便[15]。

基于以上研究中的不足，文中建立考慮殘余強(qiáng)度的損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型，研究了峰值點(diǎn)、損傷速率最大值點(diǎn)、損傷加速度最值點(diǎn)處的損傷規(guī)律，得到損傷速率最大值表達(dá)式，并討論了模型中各參數(shù)的物理意義。繼而對(duì)殘余強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變進(jìn)行修正，提出新的評(píng)價(jià)煤巖沖擊傾向性指標(biāo)—盈余能指數(shù)變化率，并構(gòu)建新的沖擊傾向性指標(biāo)體系，最后利用沖擊傾向性實(shí)驗(yàn)對(duì)上述指標(biāo)體系的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型及特征點(diǎn)

1.1 損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型

根據(jù)煤巖微元強(qiáng)度服從韋伯分布的假設(shè)[16]和連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)理論[17]，采用能夠反映煤巖材料彈性、塑性及殘余強(qiáng)度的單軸壓縮條件下考慮殘余強(qiáng)度的煤巖損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型為

(1)

m=

(2)

而該模型中，cn為損傷比例系數(shù)，其煤巖在殘余強(qiáng)度的取值范圍(0，1)，為無(wú)量綱常量，其主要用于描述應(yīng)力應(yīng)變曲線殘余強(qiáng)度特點(diǎn)而引進(jìn)，需預(yù)先設(shè)定。除此外，上述參數(shù)還可用最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)擬合得到[18]，進(jìn)而與上述理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

1.2 特征點(diǎn)分析

損傷速率為描述煤層損傷積累快慢的物理量，通常由損傷因子對(duì)應(yīng)變求一階導(dǎo)得到，即

(3)

因?qū)嶒?yàn)過(guò)程中采用按位移加載的方式，故應(yīng)變對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)dε/dt為定值，則式(3)即可描述損傷隨時(shí)間積累的快慢。

為了更加方便的研究損傷速率的變化規(guī)律及損傷速率的最大值，提出損傷加速度概念，可由損傷因子對(duì)應(yīng)變求二階導(dǎo)得到，即

(4)

當(dāng)cn=0.98，m=4，F(xiàn)=0.02，E=3 000，研究峰值強(qiáng)度點(diǎn)A(圖1)，損傷速率最大值點(diǎn)B、損傷加速度最大值點(diǎn)C和損傷加速度最小值點(diǎn)D的應(yīng)力應(yīng)變及損傷情況(圖2)。

A點(diǎn)是指應(yīng)力-應(yīng)變曲線的峰值強(qiáng)度點(diǎn)，此處應(yīng)力達(dá)到最大值，其坐標(biāo)為A(εmax,σmax)。已知峰前彈性應(yīng)變與峰值強(qiáng)度點(diǎn)應(yīng)變關(guān)系為

εth=εmax/E

(5)

式中εth為峰前彈性應(yīng)變；εmax為峰值點(diǎn)處的應(yīng)變;E為材料的無(wú)損彈性模量。如圖1所示，此時(shí)的損傷因子約為20%，即當(dāng)材料處于峰值強(qiáng)度時(shí)的損傷比例維持在較低水平。

B點(diǎn)是指損傷速率曲線的峰值點(diǎn)，其坐標(biāo)為B(εB，DB)，對(duì)應(yīng)的損傷加速度為零，如圖2所示。令損傷加速度表達(dá)式(4)等于零，可得

(6)

圖1 應(yīng)力-應(yīng)變、損傷因子曲線Fig.1 Stress-strain and damage parameter curve

將εB代入損傷因子D的表達(dá)式中可得對(duì)應(yīng)損傷因子為

(7)

圖2 損傷速率和損傷加速度曲線Fig.2 Damage rate and acceleration curve

由式(7)可知，最大損傷速率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的損傷因子只由m決定，與F無(wú)關(guān)；將εB代入損傷速率表達(dá)式(3)中可得最大損傷速率為

(8)

式中e為無(wú)理數(shù)2.71.最大損傷率與F成反比例關(guān)系，損傷速率最大值由m和F共同決定與材料彈性模量無(wú)關(guān)，當(dāng)損傷因子約為50%時(shí)，損傷速率的加速度為零。

通過(guò)對(duì)損傷加速度公式(7)求導(dǎo)后令其等于零，可得到損傷加速度最值點(diǎn)C、D對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值，如圖2所示。其中損傷加速度最大值C點(diǎn)應(yīng)變?yōu)?/p>

(9)

將圖2中C點(diǎn)應(yīng)變值與圖1中A點(diǎn)應(yīng)變值對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，損傷加速度最大值C點(diǎn)橫坐標(biāo)與峰值強(qiáng)度點(diǎn)A的應(yīng)變值相同，即εc=εA.因此，當(dāng)試樣處于峰值強(qiáng)度點(diǎn)時(shí)，其損傷加速度達(dá)到最大值，從圖1可知，此時(shí)損傷速率并不為零，對(duì)應(yīng)的損傷因子為

(10)

此時(shí)對(duì)應(yīng)的損傷因子僅由m決定，與F無(wú)關(guān)。

損傷加速度最小值D點(diǎn)代表?yè)p傷加速度達(dá)到最小值，可將此應(yīng)變值作為材料殘余強(qiáng)度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，即

(11)

式中εe為殘余強(qiáng)度，可見殘余強(qiáng)度由參數(shù)F，m共同決定。將D點(diǎn)應(yīng)變代入損傷因子表達(dá)式得

(12)

將εD,DD代入本構(gòu)方程，可得殘余強(qiáng)度σD為

(13)

經(jīng)分析，D點(diǎn)處損傷因子約為84%，間接證明了文獻(xiàn)[11]中“以損傷因子約等于84%時(shí)對(duì)應(yīng)應(yīng)變值作為殘余應(yīng)變”推斷的正確性，因此，將損傷速率加速度最小值D點(diǎn)作為殘余強(qiáng)度點(diǎn)，即εD=εe，具有明確的力學(xué)意義。通常認(rèn)為煤巖達(dá)到殘余強(qiáng)度時(shí)的損傷因子為1，即所有微元單元破壞，這與實(shí)際情況不符合。因?yàn)榧热幻簬r仍存在殘余強(qiáng)度，就代表煤巖仍未完全破壞，這與所有微元單元破壞這描述相矛盾。

(14)

此式表明損傷加速度最大值點(diǎn)C和損傷加速度最小值點(diǎn)D處的應(yīng)變值關(guān)于損傷速率最大值點(diǎn)B處的應(yīng)變值對(duì)稱。

由于傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)定實(shí)驗(yàn)需要采用按位移和按應(yīng)力2種加載方式，增加了實(shí)驗(yàn)工作量。文中將峰值強(qiáng)度點(diǎn)(損傷加速度最大值點(diǎn)C點(diǎn))作為動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變起始點(diǎn)，將殘余強(qiáng)度初始應(yīng)變點(diǎn)(損傷速率加速度最小值點(diǎn))作為動(dòng)態(tài)損傷破壞的結(jié)束點(diǎn)，即動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變?yōu)?/p>

εDT=εe-εmax

(15)

根據(jù)上述對(duì)動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變的修正，可用式(15)得到按位移加載實(shí)驗(yàn)中動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變與動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間的關(guān)系。從而利用動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變間接反映動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間，只需在試樣達(dá)到峰值強(qiáng)度以后，增大數(shù)據(jù)采集頻率即可提高數(shù)據(jù)精確度。

(16)

式中H為試樣高度，m；V下為壓頭下壓速度,mm/s.根據(jù)式(16)即可由動(dòng)態(tài)破壞損傷應(yīng)變求得動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間。

2 模型參數(shù)物理意義

2.1 損傷比例系數(shù)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響

m反映煤巖材料內(nèi)部微元強(qiáng)度的分布集中程度；參數(shù)F反映煤巖宏觀統(tǒng)計(jì)平均強(qiáng)度的大小。保持參數(shù)E，F(xiàn)，m不變，研究損傷比例系數(shù)cn對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響，如圖3所示。

因?yàn)樵诜逯祻?qiáng)度前煤巖損傷因子處于較低水平(一般小于0.3)，所以cn對(duì)峰值強(qiáng)度前的應(yīng)力—應(yīng)變曲線走勢(shì)影響有限，可以忽略。損傷比例系數(shù)的作用主要體現(xiàn)在對(duì)峰值強(qiáng)度點(diǎn)及峰后破壞階段的影響，如圖3所示。峰值點(diǎn)后曲線最終趨于平緩的這種趨勢(shì)即是煤巖材料存在殘余強(qiáng)度的體現(xiàn)。損傷比例系數(shù)的取值范圍是(0，1)，隨著cn的減小，峰值強(qiáng)度略微增強(qiáng)，但增幅有限；同時(shí)殘余強(qiáng)度增大、延性明顯增加、殘余應(yīng)變降低。

圖3 損傷比例系數(shù)cn對(duì)全程應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響Fig.3 Influence of variance of parameter cnon complete stress-strain curve

2.2 參數(shù)m，F(xiàn)對(duì)損傷因子的影響

如圖4(a)所示，保持參數(shù)m不變，隨著參數(shù)F增大，損傷參量曲線變得平緩，損傷持續(xù)過(guò)程增大，材料延性增大，殘余應(yīng)變?cè)龃?；如圖4(b)所示，保持參數(shù)F不變，隨著參數(shù)m越大，損傷參量曲線越陡峭，損傷持續(xù)過(guò)程減短，材料脆性增強(qiáng)，殘余應(yīng)變?cè)叫?，且所有損傷因子曲線過(guò)定點(diǎn)

(17)

圖4 參數(shù)m，F(xiàn)對(duì)損傷因子的影響Fig.4 Effect of m and F parameters on the damage factor

2.3 參數(shù)m，F(xiàn)對(duì)損傷速率的影響

如圖5(a)所示，參數(shù)F不變，隨著m逐漸增大，損傷速率曲線偏態(tài)減小，最大損傷速率顯著增大，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定；隨著m逐漸增大，損傷速率越來(lái)越陡峭；如圖5(b)所示，參數(shù)m不變，隨著F逐漸增大，損傷速率曲線偏態(tài)增大，最大損傷速率顯著減小，對(duì)應(yīng)應(yīng)變逐漸增大；隨著F增大，曲線趨于平緩，有效應(yīng)變?cè)龃?，煤樣脆性逐漸減弱。

圖5 參數(shù)m,F對(duì)損傷速率的影響Fig.5 Effect of m and F parameters on the damage rate

3 能量角度分析沖擊傾向性指標(biāo)

3.1 傳統(tǒng)沖擊傾向性指標(biāo)

沖擊地壓是聚集在煤巖內(nèi)的彈性應(yīng)變能忽然釋放的一種動(dòng)力現(xiàn)象，其發(fā)生在受載煤巖殘余變形階段。通常以動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間(DT)、單軸抗壓強(qiáng)度(Rc)、沖擊能指數(shù)(KE)及彈性能指數(shù)(WET)4個(gè)指標(biāo)值等作為沖擊傾向性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而將煤層沖擊傾向性劃分為強(qiáng)、弱、無(wú)3類。

沖擊能指數(shù)(KE)指煤樣在單軸壓縮條件下的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值前所積蓄的變形能(AS)與峰值后損耗變形能(AX)的比值

(18)

彈性能指數(shù)(WET)指煤樣在單軸壓縮條件下，破壞前所積蓄的彈性變形能(Ue)與產(chǎn)生塑性變形所消耗的能量(Us)的比值。

在煤巖單軸壓縮實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，峰值強(qiáng)度前外力做功所產(chǎn)生的能量被煤巖彈性變形和塑性變形所消耗，則有

(19)

(20)

式中Ue為彈性應(yīng)變能，J；Us為塑性應(yīng)變能，J，則彈性能指數(shù)計(jì)算公式為

(21)

3.2 盈余能指數(shù)變化率指標(biāo)

盈余能(剩余能)：是指峰值強(qiáng)度之前存儲(chǔ)的彈性應(yīng)變能與峰值后破壞過(guò)程中消耗的能量的差值，它是沖擊地壓的能量來(lái)源，可描述峰值前彈性能積累與峰值后破壞過(guò)程耗散能的關(guān)系。

盈余能釋放速度：是指盈余能除以動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間，其物理意義是煤巖在破壞過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)釋放的剩余能量數(shù)。它將盈余能與時(shí)間結(jié)合起來(lái)，體現(xiàn)了沖擊傾向性是關(guān)于能量和時(shí)間函數(shù)的特性。

盈余能指數(shù)：煤樣盈余能與峰后破壞耗散能的比值，其物理意義是在峰后破壞過(guò)程中，煤體每耗散單位數(shù)量的變形能，伴隨著釋放的盈余能的數(shù)值。它將盈余能和峰后耗散能結(jié)合起來(lái)，描述了峰值強(qiáng)度后煤巖破壞過(guò)程中能量的變化關(guān)系。

基于以上指標(biāo)，提出一種可將盈余能、峰后破壞耗散能、動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間三者相結(jié)合的新的綜合性沖擊傾向性評(píng)價(jià)指標(biāo)-盈余能指數(shù)變化率K。其盈余能指數(shù)變化率K是盈余能除以彈性應(yīng)變能和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間所得的比值，如式(22)所示

(22)

式中WS為盈余能，J；DT為動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間，ms；Uh為峰后破壞過(guò)程消耗的變形能,J.

盈余能指數(shù)變化率既能表征煤體的剩余能量與破壞耗散能之間的相對(duì)大小，又能表征動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間。將盈余能、破壞過(guò)程損耗變形能和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間綜合起來(lái)以衡量煤層沖擊性。

綜上所述，以可描述殘余強(qiáng)度特征的損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型為基礎(chǔ)，利用修正后的動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變(εD)來(lái)表征動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間(DT)，確定出損傷速率最大值表達(dá)式，提出更具綜合性的盈余能指數(shù)變化率指標(biāo)，從而形成了新的沖擊傾向性評(píng)價(jià)體系。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 沖擊傾向性指標(biāo)測(cè)定實(shí)驗(yàn)

主要采用DNS200電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，參照《煤層沖擊傾向性分類及指數(shù)的測(cè)定方法》，選取3組煤樣，每組3～4個(gè)，將其制成φ50×100 mm的圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣。

應(yīng)變能測(cè)定實(shí)驗(yàn)的采用按位移控制的加載方式，加載速率為0.002 mm/s，采樣間隔為200 ms；測(cè)定動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間實(shí)驗(yàn)采用按應(yīng)力控制的加載方式，加載速率為0.1 kN/s，采樣間隔為5 ms.

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用最小二乘法反演得到模型參數(shù)F,m,cn，從而得到能反映實(shí)驗(yàn)曲線的本構(gòu)方程。進(jìn)而分別利用公式(18)、(19)、(20)、(21)、(22)求解沖擊能、彈性能、峰值損傷速率、盈余能指數(shù)變化率。根據(jù)第1組、第2組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接獲取動(dòng)態(tài)破壞應(yīng)變，進(jìn)而利用公式(16)來(lái)求解動(dòng)態(tài)破壞應(yīng)變；根據(jù)第三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接獲取動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間，也由公式(16)求解動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變。各組煤樣的模型擬合參數(shù)、傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)、新增指標(biāo)體系見表1.

1)利用Matlab軟件提供的最小二乘法函數(shù)Lsqcurvefit反演出各組煤樣的模型參數(shù)，反演結(jié)果表明，理論分析與實(shí)驗(yàn)曲線吻合度較好(圖6)，從而驗(yàn)證了理論模型的合理性。在實(shí)驗(yàn)加載初期，煤樣要經(jīng)過(guò)原生裂隙閉合的過(guò)程(即實(shí)驗(yàn)曲線在線彈性階段前會(huì)有明顯的上凹階段)，但文中所述的本構(gòu)模型對(duì)此并不涉及，從而導(dǎo)致理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定的誤差，如圖6(a)所示；當(dāng)煤體原生裂隙越少、脆性越強(qiáng)，則誤差越小，如圖6(b)所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)曲線與損傷本構(gòu)模型理論曲線對(duì)比Fig.6 Comparison between experimental curve and theoretical curve for damage constitutive model

顯然，理論分析偏向于將沖擊傾向性判定為危險(xiǎn)程度更高的方面，只要將上述誤差控制在一定范圍之內(nèi)，則該模型仍是可接受的。

2)修正后的動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間具有明顯的相關(guān)性。因此，利用動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變表征動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間是切實(shí)可行的。直接根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線來(lái)求解沖擊傾向性指標(biāo)值的傳統(tǒng)方法誤差較大，而文中所述根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反演損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型的參數(shù)，再據(jù)此求解沖擊傾向性指標(biāo)的思路是可取且準(zhǔn)確的。根據(jù)動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變與動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間的關(guān)系式(16)，二者即可相互轉(zhuǎn)化，從而避免了傳統(tǒng)沖擊傾向性實(shí)驗(yàn)受加載方式限制的問(wèn)題，減少實(shí)驗(yàn)工作量。

3)煤體脆性越強(qiáng)，在峰值強(qiáng)度前積累的彈性應(yīng)變能越多，則峰值強(qiáng)度后盈余能釋放形式越猛烈，動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間數(shù)值越小，盈余能指數(shù)變化率指標(biāo)越大，煤體在破壞過(guò)程中伴隨的碎塊彈射現(xiàn)象越明顯，最終煤體沖擊傾向性越強(qiáng)，這與之前研究結(jié)果相吻合。

4)各煤樣的沖擊傾向性危險(xiǎn)等級(jí)是根據(jù)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)確定的，結(jié)果顯示：第1組和第3組沖擊傾向性危險(xiǎn)等級(jí)為“弱”，第2組沖擊傾向性為“無(wú)”。新提出的沖擊傾向性指標(biāo)體系可由模型參數(shù)直接求解，其靈敏度較高，與傳統(tǒng)指標(biāo)體系吻合度較好，作為新的沖擊傾向性指標(biāo)是切實(shí)可行的。

表1 沖擊傾向性實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果及模型計(jì)算結(jié)果

5 結(jié) 論

1)考慮殘余強(qiáng)度的損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型能較好的反映煤巖材料峰值強(qiáng)度后的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變化趨勢(shì)及殘余強(qiáng)度特點(diǎn)，為評(píng)價(jià)煤層沖擊傾向性奠定了理論基礎(chǔ)。

2)基于損傷速率提出損傷加速度概念，并得到峰值強(qiáng)度點(diǎn)、損傷速率最值點(diǎn)、損傷加速度最值點(diǎn)處的應(yīng)力、應(yīng)變及損傷因子的表達(dá)式，進(jìn)而獲得可間接表征動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間的修正動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變，使沖擊傾向性實(shí)驗(yàn)不再受加載方式的限制。

3)提出一種評(píng)價(jià)煤巖沖擊傾向性的新指標(biāo)-盈余能指數(shù)變化率指標(biāo)，且將盈余能指數(shù)變化率、損傷速率最大值和修正后動(dòng)態(tài)損傷應(yīng)變構(gòu)成沖擊傾向性評(píng)價(jià)新的指標(biāo)體系。利用沖擊傾向性實(shí)驗(yàn)表明，新提出的沖擊傾向性指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果穩(wěn)定可靠，能有效減小評(píng)價(jià)誤差和降低實(shí)驗(yàn)工作量。