亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        煤巖破壞裂紋演化特征及本構(gòu)模型研究

        2019-11-01 01:37:36吳曉邢德棟張興遠(yuǎn)
        山東煤炭科技 2019年10期
        關(guān)鍵詞:裂紋模型

        吳曉 邢德棟 張興遠(yuǎn)

        (1.兗州礦業(yè)集團楊村煤礦,山東 濟寧 272000;2.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院,山東 青島 266590)

        1 引言

        隨著礦井開采深度和強度的不斷提高,與煤巖失穩(wěn)破壞相關(guān)的礦井動力災(zāi)害事故日趨嚴(yán)重。煤巖是由多種大小、形狀各不相同的礦物顆粒組成,并由一定的膠結(jié)物質(zhì)黏結(jié)在一起。在外部荷載作用下,煤巖內(nèi)部的原生裂隙不斷演化,新生裂隙不斷萌生和發(fā)展,煤巖內(nèi)部不斷產(chǎn)生損傷,導(dǎo)致巖體宏觀破裂失穩(wěn)。因此有必要研究煤巖體的失穩(wěn)機制,這對于礦井沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災(zāi)害預(yù)防控制具有重要意義。對于煤巖體失穩(wěn)破壞機理的研究,多數(shù)學(xué)者集中于分析煤巖的強度、聲發(fā)射、能量演化特征規(guī)律[1],但很少有研究煤巖的裂紋演化規(guī)律,并基于此分析煤巖體的損傷機制。因此,本文借助細(xì)觀顆粒流PFC2D軟件平臺建立煤巖單軸壓縮模型,模擬了煤巖破壞裂紋演化特征,并基于裂紋特征分析了煤巖損傷演化本構(gòu)模型。

        2 基于顆粒離散元法的煤巖試件

        2.1 顆粒流簡介

        顆粒流程序(PFC)是基于Cundall離散單元法發(fā)展起來的數(shù)值模擬新技術(shù)[2],它從介質(zhì)的基本粒子結(jié)構(gòu)的角度考慮介質(zhì)的基本力學(xué)特性。平行黏結(jié)PFC模型在模擬巖石試件細(xì)觀損傷研究方面具有獨特的優(yōu)勢,試件在外部荷載的壓縮作用下,內(nèi)部顆粒相互擠壓,導(dǎo)致顆粒體之間的相對位移發(fā)生變化并且不斷發(fā)生旋轉(zhuǎn),伴隨著張拉裂紋和剪切裂紋的不斷萌生和擴展貫通。PFC可以利用軟件自帶的FISH語言實現(xiàn)對裂紋的實時監(jiān)控。

        2.2 顆粒流煤巖模型

        在數(shù)值模擬運行之前,需要對模型所需參數(shù)進行校核。在此過程中,需要進行一系列與室內(nèi)試驗或現(xiàn)場條件類似的模擬試驗,并將模擬結(jié)果與室內(nèi)試驗或現(xiàn)場原位測試結(jié)果進行對比,采用“試湊法”反復(fù)調(diào)節(jié)細(xì)觀參數(shù),直到滿足要求為止。

        鑒于室內(nèi)試驗條件限制,本文采用文獻(xiàn)[3]的參數(shù)進行數(shù)值試驗,該文獻(xiàn)中選取某礦區(qū)煤巖標(biāo)準(zhǔn)尺度單軸壓縮力學(xué)參數(shù)作為顆粒流程序的參考依據(jù),通過“試湊法”反復(fù)校核對比,認(rèn)為表1的細(xì)觀物理力學(xué)參數(shù)較接近真實煤巖體的宏觀力學(xué)參數(shù)。校核后,顆粒流模型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(見圖1)與室內(nèi)試驗吻合性較好。

        表1 顆粒流煤巖細(xì)觀物理力學(xué)參數(shù)

        圖1 煤巖試件應(yīng)力-應(yīng)變曲線

        本文采用表1的參數(shù)建立模型,該模型尺寸為50mm×100mm標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸,在模型內(nèi)部生成顆粒單元,顆粒半徑0.3~0.5mm,共生成8397個顆粒單元。模型生成過程中產(chǎn)生的不平衡力經(jīng)循環(huán)消除,通過移動模型頂部墻體進行加載,0.01m/s。同時為了防止顆粒溢出,墻體要適當(dāng)加長,通過FISH語言設(shè)定程序加載停止時刻為殘余應(yīng)力峰值強度的0.01倍。

        3 基于離散元法的煤巖試件破壞機理分析

        3.1 煤巖應(yīng)力-應(yīng)變-裂紋曲線分析

        圖2為煤巖損傷演化應(yīng)力-應(yīng)變-裂紋率曲線,圖3為煤巖損傷演化應(yīng)力-應(yīng)變-累計裂紋曲線。由圖可知,顆粒流煤巖試件在壓縮過程中將經(jīng)歷壓密閉實階段0-A、彈性階段A-B、塑性流動階段B-C以及峰后損傷殘余階段C-D四個階段。

        在0-A階段,沒有產(chǎn)生裂紋。實際煤巖體中在此階段會存在大量的原生裂隙,但在顆粒流煤巖試件忽略了原生裂隙的影響。在顆粒流程序中,微元顆粒為剛性球體,不可壓縮變形,顆粒與顆粒之間通過鍵連接,沒有初始損傷。

        在A-B階段,煤巖內(nèi)部不斷產(chǎn)生損傷裂紋,產(chǎn)生裂紋的頻率也逐漸增加,但是增幅不大。在A點,產(chǎn)生初始裂紋,裂紋出現(xiàn)在煤巖底部,如圖4(1)A點,此時煤巖的應(yīng)力強度為13.3MPa。由A-B點,共產(chǎn)生95個裂紋,在B時刻,煤巖的應(yīng)力強度為25.7MPa,約為A點的2倍,裂紋集中于煤巖的右上角,整個煤巖內(nèi)部貫穿零散的小裂紋。

        在B-C階段,煤巖內(nèi)部損傷進一步增加,產(chǎn)生較多的裂紋,且產(chǎn)生裂紋的速率也逐漸增加。在C時刻,即峰值強度處,單軸抗壓強度為30.1MPa,產(chǎn)生481個裂紋,是B時刻的5倍。在此階段,煤巖沒有失穩(wěn),還有較強的力學(xué)承載能力,但煤巖內(nèi)部已經(jīng)形成貫通性宏觀裂紋。

        在C-D階段,煤巖內(nèi)部裂紋劇烈增加,裂紋增長速率先增大后減小。在峰值后某一階段,裂紋增長速率逐漸增大,隨后增長速率逐漸下降,在殘余強度處裂紋增長速率趨于平緩。在完全破壞過程中,共產(chǎn)生4606個裂紋。這說明,煤巖內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生主要在于峰后損傷殘余階段,這一階段煤巖內(nèi)部形成宏觀大裂紋,內(nèi)部顆粒、塊體產(chǎn)生較大的運動,導(dǎo)致煤巖失穩(wěn),從而誘發(fā)礦山動力災(zāi)害。

        圖2 煤巖損傷演化應(yīng)力-應(yīng)變-裂紋率曲線

        圖3 煤巖損傷演化應(yīng)力-應(yīng)變-累計裂紋曲線

        圖4 煤巖損傷演化裂紋擴展特征

        3.2 基于裂紋特征的煤巖損傷本構(gòu)模型

        前蘇聯(lián)學(xué)者L.M.Kachanov[4]將損傷變量定義為:

        式中:

        Nd-某一時刻材料損傷斷面面積;

        N-材料初始無損傷時刻的斷面面積。

        設(shè)煤巖試件無損斷面面積N完全失去承載能力時刻累計裂紋數(shù)為M0,則單位面積煤巖微粒破壞累計裂紋數(shù)Mw為

        當(dāng)斷面損傷達(dá)到Nd時,裂紋累計數(shù)Md為

        因此,有

        由于煤巖試件壓縮過程中很難達(dá)到絕對的完全破壞模式,本文取煤巖試件軸向殘余應(yīng)力為峰值應(yīng)力強度0.01倍時刻(加載停止點)產(chǎn)生的裂紋總量作為煤巖完全失效時刻累計裂紋總數(shù)求解。

        基于裂紋特征和應(yīng)變等價原理[5]的煤巖單軸壓縮損傷本構(gòu)模型為:

        圖5是基于裂紋參量特征的煤巖單軸壓縮損傷本構(gòu)方程擬合的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,這與實際數(shù)值曲線具有良好的一致性。因此,用裂紋參量來反應(yīng)煤巖體的損傷演化特征是可行的。

        4 結(jié)論

        (1)顆粒流煤巖試件在壓縮過程中將經(jīng)歷壓密閉實階段、彈性階段、塑性流動階段、峰后損傷殘余階段四個階段。裂紋的出現(xiàn)主要集中于峰值前后的階段,在峰后某一階段煤巖內(nèi)部裂紋劇烈增加,裂紋增長速率先增大后減小。保證煤巖受力不超過其峰值強度,是保障礦山煤巖穩(wěn)定,不發(fā)生動力災(zāi)害的基礎(chǔ)。

        (2)基于裂紋參量特征的煤巖單軸壓縮損傷本構(gòu)方程擬合的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實際數(shù)值曲線具有良好的一致性,可以用裂紋參量來反應(yīng)煤巖體的損傷演化特征。

        圖5 基于裂紋參量特征的煤巖單軸壓縮損傷本構(gòu)方程

        猜你喜歡
        裂紋模型
        一半模型
        裂紋長度對焊接接頭裂紋擴展驅(qū)動力的影響
        一種基于微帶天線的金屬表面裂紋的檢測
        重要模型『一線三等角』
        重尾非線性自回歸模型自加權(quán)M-估計的漸近分布
        Epidermal growth factor receptor rs17337023 polymorphism in hypertensive gestational diabetic women: A pilot study
        微裂紋區(qū)對主裂紋擴展的影響
        3D打印中的模型分割與打包
        FLUKA幾何模型到CAD幾何模型轉(zhuǎn)換方法初步研究
        預(yù)裂紋混凝土拉壓疲勞荷載下裂紋擴展速率
        久久精品国内一区二区三区| 我要看免费久久99片黄色 | 在线日韩中文字幕乱码视频| 久久99热只有频精品8国语| 国产午夜毛片v一区二区三区| 巨熟乳波霸若妻在线播放| 爆乳午夜福利视频精品| 男人的精品天堂一区二区在线观看| 男人添女人囗交做爰视频| 在线亚洲欧美日韩精品专区| 四虎影视久久久免费| 国产大片在线观看91| 老鸭窝视频在线观看| 国产xxxx99真实实拍| 国产无码十八禁| 国产又湿又爽又猛的视频| 国产av熟女一区二区三区| 性动态图av无码专区| 无码人妻中文中字幕一区二区 | av日韩一区二区三区四区| 激情影院内射美女| 大陆国产乱人伦| 色综合久久五十路人妻| 欧美疯狂性受xxxxx喷水| 人妻在线日韩免费视频| 亚洲电影一区二区| av在线播放中文专区| 国产特级毛片aaaaaa视频| 日韩毛片在线| 国产精品av免费网站| 无码人妻久久一区二区三区免费丨| 亚洲欧美日韩人成在线播放| 婷婷五月亚洲综合图区| 久久日本视频在线观看| 日韩精品一区二区三区中文| 一级呦女专区毛片| 日韩av一区二区无卡| 免费无码不卡视频在线观看| 国产一起色一起爱| 亚洲区1区3区4区中文字幕码| 亚洲最大免费福利视频网|