張琨　張森　任建喜　王曉琳　張忍杰　張益晨

摘要：為研究分級(jí)預(yù)靜載與不同動(dòng)載振幅水平組合加載下裂隙煤巖的力學(xué)特性和破壞演化特征，以不同傾角預(yù)制裂隙沖擊傾向性煤巖為試驗(yàn)對(duì)象，利用巖石動(dòng)靜三軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，開(kāi)展“分級(jí)預(yù)靜載+動(dòng)力擾動(dòng)”組合加載試驗(yàn)，并輔以高速攝像機(jī)研究煤巖的裂紋擴(kuò)展特征。結(jié)果表明：分級(jí)靜動(dòng)組合加載下，完整煤巖和部分含預(yù)制裂隙煤巖顯現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象，峰值強(qiáng)度有不同幅度的提高，表現(xiàn)出顯著的應(yīng)變率效應(yīng)，但隨著動(dòng)載振幅水平增大，強(qiáng)化階段提前顯現(xiàn)，強(qiáng)化現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間大幅縮短，加速煤巖的破壞過(guò)程;隨著煤巖預(yù)制裂隙傾角增大，峰值應(yīng)力整體先減小后增大，而變形能力與其峰值應(yīng)力變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān);裂隙煤巖裂縫擴(kuò)展尺度隨著預(yù)制裂隙傾角的增大呈先增大后減小，高水平動(dòng)載振幅下，隨著預(yù)制裂隙傾角增大，拉伸裂紋向剪切裂紋過(guò)渡，破壞模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。試驗(yàn)結(jié)果有助于深入理解深部煤巖體承受高地應(yīng)力和增幅動(dòng)力擾動(dòng)作用下的力學(xué)特性及破裂演化特征，可為礦井開(kāi)采動(dòng)力災(zāi)害預(yù)報(bào)與控制提供理論參考。

關(guān)鍵詞：分級(jí)靜動(dòng)組合加載;沖擊傾向性;裂隙煤巖;動(dòng)載振幅;破裂特性

中圖分類(lèi)號(hào)：TD 324文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2022）03-0546-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0318開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Fracture behaviors of prefabricated fractured coal

rock under graded static-dynamic coupled loading

ZHANG Kun ZHANG Sen REN Jianxi WANG Xiaolin ZHANG Renjie ZHANG Yichen

（1.College of Civil and Architectural? Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China;

2.China Railway Construction Engineering Group Shandong Co.，Ltd.，Qingdao 266100，China）Abstract：In order to study mechanical properties and failure evolution characteristics of deep fractured coal under coupled graded pre-static and different dynamic amplitude levels loads，prefabricated fractured coal rock with different dip angles and impact proneness were taken as a test object.Coupled pre-static and the dynamic loads disturbance tests were carried out with a rock dynamic and static triaxial mechanical test system.High speed camera was also applied to study the crack growth laws of samples.The test results show that：the phenomenon of stress-strain strengthening occurs in intact and partial coals with prefabricated cracks under? graded static-dynamic combined loading.The peak strength increases with different amplitudes，showing indigenous strain rate effect.However，the strengthening stage appears in advance with increasing of dynamic load amplitude，the duration of strengthening? is greatly shortened，resulting in the acceleration of the failure process of coal.The peak stress of coal decreases first and then increases with the increase of the dip angle of prefabricated cracks，and the deformation capacity is negatively correlated with the variation trend of peak stress of fractured coal rock.The crack propagation scale increases first and then decreases along with the increase of the inclination angle of the prefabricated crack of the samples.In a high dynamic load amplitude，with the increase of the inclination angle of the prefabricated crack，tensile crack transits to the shear crack，with the failure mode changed.The test results are helpful to improve the understanding of the mechanical properties and fracture evolution characteristics of deep coal and rock mass under the conditions of high ground stress and increasing dynamic disturbance，a theoretical reference for the prediction and control of? mining dynamic disasters.

Key words：graded static-dynamic coupling loading;outburst proneness;fractured coals;dynamic load amplitude;fracture behaviors

0引言

隨著中國(guó)煤炭資源大規(guī)模步入深部開(kāi)采，礦井沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生的強(qiáng)度、頻度日益加劇[1-2]。煤巖體中彈性能釋放的主體、載荷類(lèi)型與來(lái)源、發(fā)生時(shí)間與位置、有無(wú)斷層與褶曲等具體條件的不同，導(dǎo)致沖擊地壓的類(lèi)型各異[3]。沖擊地壓誘發(fā)因素的多樣性，形成了從不同角度揭示沖擊地壓發(fā)生機(jī)理的理論成果[4-7]。礦井動(dòng)載擾動(dòng)會(huì)引起煤巖體局部應(yīng)力增加、強(qiáng)度降低，對(duì)擾動(dòng)范圍內(nèi)煤巖體的應(yīng)力分布、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞模式造成重大影響，引發(fā)不同破壞程度及動(dòng)載類(lèi)型的沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象[8]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)復(fù)雜應(yīng)力路徑下含孔隙性巖石的破裂特性開(kāi)展了系統(tǒng)研究。劉慧等分析孔隙砂巖粒度對(duì)其宏觀變形破壞過(guò)程和模式的影響規(guī)律[9]。凌志強(qiáng)等揭示巖石在單循環(huán)加卸載作用下的力學(xué)特性及能量演化特征[10]。SUN等研究圍壓多級(jí)振幅循環(huán)加載下砂巖損傷演化規(guī)律，重新定義了多軸疲勞損傷模型尺寸參數(shù)，改進(jìn)巖石損傷累積計(jì)算方法[11]。王宇等研究增幅疲勞加載頻率對(duì)預(yù)制裂隙巖石破裂演化特征的影響[12]。YAN等對(duì)單片巖石試件開(kāi)展動(dòng)靜耦合加載試驗(yàn)，研究預(yù)壓和應(yīng)變速率對(duì)單裂隙巖石試件動(dòng)態(tài)強(qiáng)度和開(kāi)裂行為的影響[13]。王磊等采用對(duì)不同凍結(jié)溫度飽水砂巖開(kāi)展單軸循環(huán)沖擊試驗(yàn)，揭示單軸循環(huán)沖擊下凍結(jié)砂巖宏觀動(dòng)力學(xué)特性和損傷機(jī)理[14]。YANG等揭示動(dòng)靜耦合循環(huán)加載前后花崗巖縱波速度、透氣性和力學(xué)性質(zhì)的變化[15]。YIN等探討巖石在動(dòng)靜載荷耦合作用下的破壞特征[16]。來(lái)興平等研究循環(huán)加卸載條件下天然互層巖樣的強(qiáng)度、變形特征、破壞模式及聲發(fā)射特性[17]。趙濤等通過(guò)開(kāi)展不同負(fù)溫下凍結(jié)飽和砂巖單軸壓縮及巴西劈裂試驗(yàn)，揭示不同負(fù)溫對(duì)凍結(jié)砂巖力學(xué)特性的影響機(jī)制[18]。XIAO等對(duì)完整和不同裂隙傾角的花崗巖進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析裂隙傾角對(duì)沖擊荷載下預(yù)應(yīng)力巖石力學(xué)響應(yīng)和破壞行為的影響[19]。宮鳳強(qiáng)等揭示中心直裂紋半圓盤(pán)3點(diǎn)彎曲砂巖在不同預(yù)靜載水平下受不同擾動(dòng)頻率載荷的斷裂特性[20]。于利強(qiáng)等研究預(yù)制裂隙細(xì)砂巖裂紋演化規(guī)律及變形破壞特征[21]。李地元等研究動(dòng)靜組合加載下深部含裂隙巖體的力學(xué)特性和破壞規(guī)律[22]。

以上研究主要以硬質(zhì)巖石或無(wú)沖擊傾向性煤巖為試驗(yàn)對(duì)象，而以不同傾角含裂隙沖擊傾向性煤巖為對(duì)象的研究仍不多見(jiàn)，對(duì)于動(dòng)力擾動(dòng)下深埋含裂隙沖擊傾向性煤巖破裂演化特征的研究成果更是少見(jiàn)。因斷層與采動(dòng)應(yīng)力、礦震動(dòng)載之間的相互作用是影響斷層沖擊地壓發(fā)生的關(guān)鍵，且沖擊傾向性煤巖具有強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、破壞現(xiàn)象劇烈的特點(diǎn)，是產(chǎn)生沖擊地壓的主要內(nèi)在因素。研究深埋含斷層地質(zhì)構(gòu)造與沖擊傾向性煤層采掘活動(dòng)之間相互作用的力學(xué)機(jī)制是解決斷層型沖擊地壓防治這一前沿科學(xué)問(wèn)題的理論基礎(chǔ)。采用巖石高壓靜動(dòng)三軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，輔以高速攝像機(jī)開(kāi)展不同傾角預(yù)制裂隙沖擊傾向性煤巖在“預(yù)靜載+動(dòng)力擾動(dòng)”作用下的試驗(yàn)研究，通過(guò)煤巖預(yù)制裂隙模擬煤巖體賦存的斷層結(jié)構(gòu)特性，為含斷層結(jié)構(gòu)煤巖體因開(kāi)采等活動(dòng)誘發(fā)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害的機(jī)理研究提供參考。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.1試樣特征

試樣取自彬長(zhǎng)礦區(qū)某礦中央大巷，埋深約700 m。將采集的煤塊加工制備成直徑為50+6-2 mm，高徑比為2±0.2圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，保證試樣兩端面平行度偏差控制在0～0.05 mm范圍內(nèi)。以試樣的密度及波速為基準(zhǔn)，篩選去除離散性較大的試樣。對(duì)煤巖試樣進(jìn)行沖擊傾向性評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定，測(cè)得煤巖試樣的單軸抗壓強(qiáng)度為弱沖擊傾向性，彈性能量指數(shù)為強(qiáng)沖擊傾向性，沖擊能量指數(shù)為強(qiáng)沖擊傾向性，動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間為無(wú)沖擊傾向性，4個(gè)指標(biāo)判定結(jié)果不一致，根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法綜合判斷4類(lèi)沖擊傾向指標(biāo)，測(cè)定結(jié)果為強(qiáng)沖擊傾向性（表1）。

煤巖體實(shí)際賦存環(huán)境中，由于采動(dòng)和頂板破斷產(chǎn)生礦震動(dòng)載，引起局部斷層活化、錯(cuò)動(dòng)，形成了間斷性張開(kāi)型的斷層結(jié)構(gòu)。因此文中利用巖石數(shù)控金剛石線性切割機(jī)對(duì)篩選后的煤巖試樣進(jìn)行不同角度張開(kāi)裂隙的預(yù)制，預(yù)制裂隙分別與試件徑向呈30°，45°，60°（圖1）。

1.2試驗(yàn)設(shè)備與系統(tǒng)

試驗(yàn)在西安科技大學(xué)深部巖土動(dòng)靜三軸力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備為長(zhǎng)春DTAW-8000型巖石高壓動(dòng)力試驗(yàn)機(jī)（圖2）。試驗(yàn)系統(tǒng)變形加載速率為0.001～7 mm/s，應(yīng)力加載速率為0.01～300 kN/m，動(dòng)載頻率為0.1 Hz

1.3試驗(yàn)方案

由礦區(qū)勘察和微震監(jiān)測(cè)資料得知煤巖體受到的動(dòng)力擾動(dòng)與地震波類(lèi)似，呈正弦波擾動(dòng)，頻率為3～5 Hz，煤巖受到的動(dòng)載振幅可達(dá)0.38～4.35 MPa，持續(xù)時(shí)間通常幾十秒左右，煤巖體質(zhì)點(diǎn)峰值震動(dòng)一般可達(dá)0.1～1 m/s[23-24]。

采用沖擊傾向性判定試驗(yàn)中煤巖單軸抗壓強(qiáng)度作為預(yù)靜載分級(jí)的破壞載荷水平，一級(jí)預(yù)靜載水平為10%破壞載荷值Δp。為避免試樣在選取動(dòng)載振幅下突然發(fā)生破壞，故選用破壞荷載的30%作為初始預(yù)靜載水平，試驗(yàn)采用0.001 mm/s的位移加載速率加載至每一級(jí)預(yù)靜載水平穩(wěn)定后施加動(dòng)載頻率5 Hz，250個(gè)周期和動(dòng)載幅值為01 mm，0.2 mm的正弦動(dòng)載應(yīng)力波，進(jìn)行完整與不同傾角預(yù)制裂隙強(qiáng)沖擊傾向性煤巖的“分級(jí)預(yù)靜載+2種動(dòng)載振幅擾動(dòng)”系列試驗(yàn)（圖3），通過(guò)改變動(dòng)載振幅水平來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同傾角裂隙煤巖不同程度的動(dòng)載應(yīng)力波擾動(dòng)，直至煤巖試樣發(fā)生破壞，由此模擬含斷層煤巖體在一定預(yù)靜載作用下受動(dòng)載擾動(dòng)誘發(fā)沖擊地壓的過(guò)程。

2強(qiáng)度變化特征

完整煤巖和60°傾角裂隙煤巖在0.1 mm動(dòng)載振幅水平下峰值強(qiáng)度相對(duì)于靜載單軸抗壓強(qiáng)度峰值分別增大了79.76%，14.59%，在0.2 mm動(dòng)載振幅水平下，則分別增大了32.05%，9.63%（表2）。完整煤巖與大傾角裂隙煤巖在靜動(dòng)組合加載下，煤巖內(nèi)部原生裂紋、裂隙被壓密，原生結(jié)構(gòu)緊密程度高，導(dǎo)致峰值強(qiáng)度高于靜力加載，而隨著動(dòng)載振幅增大，峰值強(qiáng)度增大幅度明顯下降。

30°，45°傾角裂隙煤巖在振幅0.1 mm動(dòng)力擾動(dòng)下的峰值強(qiáng)度相較于靜載單軸抗壓強(qiáng)度峰值分別降低13.84%，29.34%，振幅0.2 mm動(dòng)力擾動(dòng)下，分別降低了10.61%，28.22%。分級(jí)靜動(dòng)組合加載下，小傾角裂隙煤巖顯現(xiàn)強(qiáng)度劣化現(xiàn)象，然而隨動(dòng)載振幅水平增大，強(qiáng)度劣化特征并無(wú)明顯波動(dòng)，裂隙煤巖受動(dòng)載振幅小幅增大的影響較小。

相同動(dòng)載振幅下，煤巖預(yù)靜載級(jí)數(shù)隨預(yù)制裂隙傾角增大表現(xiàn)為先減小后增大（圖4）。相同傾角裂隙煤巖中，完整煤巖與60°傾角裂隙煤巖的預(yù)靜載級(jí)數(shù)隨著動(dòng)載振幅增大而減小，45°傾角裂隙煤巖在不同動(dòng)載振幅作用下，預(yù)靜載級(jí)數(shù)相同，而30°傾角裂隙煤巖加載級(jí)數(shù)隨動(dòng)載振幅增大而增大。同級(jí)動(dòng)載振幅水平下，完整煤巖承載能力遠(yuǎn)高于含傾角裂隙試樣，且45°傾角裂隙煤巖在分級(jí)靜動(dòng)組合作用下的承載能力最弱。

3應(yīng)力應(yīng)變特征

完整煤巖和30°，60°傾角裂隙煤巖在0.1 mm動(dòng)載振幅作用下，隨著預(yù)靜載水平的提高，應(yīng)力、應(yīng)變量值變化幅度呈降幅現(xiàn)象，完整煤巖降幅現(xiàn)象較為明顯（圖5（a））。達(dá)到煤巖初始預(yù)靜載應(yīng)力水平的壓密和彈性階段時(shí)，完整煤巖在低水平預(yù)靜載作用下，內(nèi)部孔隙、裂紋緩慢發(fā)育，同時(shí)在受低水平動(dòng)載振幅下，微裂紋逐漸被壓密實(shí)。經(jīng)過(guò)一定“預(yù)靜載+動(dòng)力擾動(dòng)”后，煤巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密程度得到提高，承載能力增強(qiáng)，變形能力大幅度降低，出現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象，積聚大量彈性變形能。一旦強(qiáng)化階段弱化或結(jié)束，煤巖變形能力增大，于其內(nèi)部弱結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生大量的微裂紋、裂隙，同時(shí)在高水平預(yù)靜載和動(dòng)載下充分發(fā)育、衍生、延展，匯集演化成貫通裂縫，強(qiáng)化階段蓄積的彈性能瞬間得到釋放，發(fā)生沖擊破壞。

完整煤巖與60°傾角裂隙煤巖峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變隨著動(dòng)載振幅水平增長(zhǎng)顯現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變劣化特征，而30°與45°傾角裂隙煤巖峰值應(yīng)力隨動(dòng)載振幅水平增大表現(xiàn)為微增趨勢(shì)（圖5，圖6）。

完整煤巖在低水平預(yù)靜載和高水平動(dòng)載振幅下強(qiáng)化現(xiàn)象更加明顯。達(dá)到三級(jí)預(yù)靜載時(shí)，初顯強(qiáng)化階段，五級(jí)預(yù)靜載下出現(xiàn)了強(qiáng)化極點(diǎn)，說(shuō)明高水平動(dòng)載振幅加速了完整煤巖的破壞過(guò)程，使強(qiáng)化階段提前顯現(xiàn)（圖6（a））。

30°傾角裂隙煤巖應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象出現(xiàn)在二級(jí)靜動(dòng)組合過(guò)程中，且隨著動(dòng)載振幅水平增大，傾角裂隙結(jié)構(gòu)與前期累積損傷在應(yīng)變強(qiáng)化過(guò)后，在高幅應(yīng)力波下被壓密實(shí)形成新生結(jié)構(gòu)體，新生結(jié)構(gòu)在動(dòng)靜組合加載下顯現(xiàn)脆性疲軟特征，高動(dòng)載振幅水平起到滯后作用，延長(zhǎng)了煤巖結(jié)構(gòu)的承載壽命，為高動(dòng)載振幅水平下峰值應(yīng)力與加載級(jí)數(shù)增大的原因（圖5（b））;45°傾角裂隙煤巖在整個(gè)壓縮破壞過(guò)程中無(wú)強(qiáng)化現(xiàn)象顯現(xiàn)，在“二級(jí)預(yù)靜載+動(dòng)力擾動(dòng)”作用下預(yù)制裂隙瞬間被壓密，變形驟然增大（圖5（c））。0.2 mm動(dòng)載振幅作用下，動(dòng)載擾動(dòng)尚未結(jié)束，煤巖突然發(fā)生沖擊破壞，且峰值應(yīng)變值與極限應(yīng)變值明顯高于完整煤巖和其它傾角裂隙煤巖（圖6（c））;60°傾角裂隙煤巖強(qiáng)化階段分別出現(xiàn)在三、四級(jí)預(yù)靜載，整體應(yīng)力變化趨勢(shì)與完整煤巖基本一致，而峰值變形能力卻小于完整煤巖（圖5（d）、圖6（d））。

分級(jí)預(yù)靜載和0.1，0.2 mm正弦波動(dòng)載振幅作用下，強(qiáng)沖擊傾向性煤巖總體應(yīng)力水平隨著裂隙傾角的增大呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，而煤巖峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變則顯現(xiàn)先增大后減小。應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象提高了完整煤巖、30°及60°傾角煤巖的承載能力，且隨著動(dòng)載振幅水平的增大，強(qiáng)化現(xiàn)象提前顯現(xiàn)，加速了煤巖的破壞過(guò)程。而45°傾角裂隙煤巖在分級(jí)靜動(dòng)組合加載下的承載能力最弱，且隨著動(dòng)載振幅水平增大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)瞬間弱化而失去承載力，變形急劇增大，脆性破壞特征顯著，沖擊危險(xiǎn)性也隨之增大。因此，在深部巖體工程中，應(yīng)重視此類(lèi)傾角斷層地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)沖擊傾向性煤層的開(kāi)采。

4裂紋擴(kuò)展特征

30°傾角裂隙煤巖在0.1 mm動(dòng)載振幅下，翼裂紋從傾角裂隙左尖端顯現(xiàn)。隨著預(yù)靜載提高和動(dòng)力擾動(dòng)作用下，預(yù)制裂隙兩端翼裂紋不斷萌生、擴(kuò)展，形成多條拉伸裂紋，最后形成宏觀破裂帶（719 s）。強(qiáng)化階段過(guò)后，預(yù)制裂隙被完全壓密，裂紋數(shù)目、寬度迅速增加，形成多條沿預(yù)制裂隙兩端的貫通裂縫，煤巖表面片狀煤塊剝落、微量煤屑彈射（919 s），煤巖表面破碎程度嚴(yán)重（圖7（a））。

45°傾角裂隙煤巖在一級(jí)預(yù)靜載和0.1 mm動(dòng)載振幅作用下，預(yù)制裂隙右端向下的翼裂紋緩慢延展，向上擴(kuò)展的翼裂紋逐漸演化成裂隙（726 s）。在二級(jí)靜動(dòng)組合加載過(guò)程中，沿預(yù)制裂隙左尖端延展的翼裂紋浮現(xiàn)明顯分支貫通裂縫，右尖端翼裂紋被壓密，在翼裂紋上端萌生次生微裂紋（794 s），煤巖達(dá)到峰值強(qiáng)度。二次動(dòng)載擾動(dòng)后，次生微裂紋快速擴(kuò)展，拉應(yīng)力集中處大量煤屑飛濺（821 s）。達(dá)到三級(jí)預(yù)靜載后，次生裂紋迅速沿煤巖上端衍生、擴(kuò)展，形成多條拉伸貫通裂縫（864 s），瞬間失去承載能力，誘發(fā)區(qū)域性的沖擊現(xiàn)象（圖7（b））。

60°傾角預(yù)制裂隙煤巖在四級(jí)靜動(dòng)組合加載時(shí)，預(yù)制裂隙左尖端出現(xiàn)翼裂紋（771 s）。達(dá)到五級(jí)預(yù)靜載時(shí)，翼裂紋右尖端顯露分支裂紋，與預(yù)制裂隙和翼裂紋形成“三角區(qū)”（899 s）。達(dá)到峰值應(yīng)力水平時(shí)，“三角區(qū)”的分支裂紋演化成拐折貫通裂縫，預(yù)制裂隙右尖端與分支裂紋交叉處表面浮現(xiàn)煤屑飛濺、煤塊脫落現(xiàn)象（1 272 s）。在達(dá)到八級(jí)預(yù)靜載水平過(guò)程中，預(yù)制裂隙周?chē)鄺l拉伸裂紋，迅速擴(kuò)展，分支裂縫背面多處形成拐折貫通裂縫（1 426 s），引發(fā)沖擊破壞（圖7（c））。

高水平動(dòng)載振幅下，煤巖可見(jiàn)的裂縫數(shù)目、長(zhǎng)度、寬度增大，破壞時(shí)間大大縮短，且應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象顯著的煤巖破壞時(shí)，破壞煤塊彈射現(xiàn)象愈劇烈。一級(jí)靜動(dòng)組合加載下，30°傾角裂隙煤巖預(yù)制裂隙中部位置顯現(xiàn)拉伸裂紋（400 s）。短暫強(qiáng)化階段影響下，拉伸裂紋緩慢擴(kuò)展、衍生（571 s）。四級(jí)靜動(dòng)組合加載時(shí)，預(yù)制裂隙被完全壓密，預(yù)制裂隙兩端的拉伸裂紋亦被壓密，在預(yù)制裂隙右尖端衍生翼裂紋，隨著翼裂紋迅速延展，裂紋處出現(xiàn)煤塊彈落現(xiàn)象（886 s）。在達(dá)到五級(jí)預(yù)靜載之前，被壓密的拉伸裂紋演化成貫通裂縫（921 s），多條翼裂紋迅速折向擴(kuò)展，呈動(dòng)載疲軟后的脆性擴(kuò)展失穩(wěn)破壞（圖8（a））。

45°傾角預(yù)制裂隙煤巖在一級(jí)靜動(dòng)組合加載下，預(yù)制裂隙左端衍生翼裂紋，伴隨著動(dòng)載擾動(dòng)，預(yù)制裂隙閉合，閃現(xiàn)分支貫通裂縫（600 s）。煤巖在動(dòng)載擾動(dòng)的瞬間壓應(yīng)力作用下，預(yù)靜載期間積聚的大量能量突然耗損，與預(yù)制裂隙左尖端翼裂紋拐折相連，形成和預(yù)制裂隙共面的破裂面（703 s）。當(dāng)翼裂紋擴(kuò)展到一定長(zhǎng)度時(shí)，與分支裂縫融匯形成拐折貫通，形成宏觀剪切型貫通破裂面（733 s）。最后動(dòng)載過(guò)程尚未結(jié)束，裂隙貫通、延伸，衍生多條裂隙，沿預(yù)制裂隙面產(chǎn)生明顯錯(cuò)動(dòng)，造成煤巖整體剪切破壞，裂隙擴(kuò)展寬度增大，并伴隨有大量煤屑濺射、煤塊彈出（圖8（b））?，F(xiàn)象表明，45°傾角預(yù)制裂隙強(qiáng)沖擊傾向性煤巖在高水平動(dòng)載振幅作用下，強(qiáng)沖擊傾向性煤巖的破壞模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

60°傾角裂隙煤巖在三級(jí)靜動(dòng)組合加載下，預(yù)制裂隙左尖端形成可見(jiàn)拐折翼裂紋（620 s），強(qiáng)化現(xiàn)象過(guò)后，翼裂紋拐折連接，預(yù)制裂隙被壓密，右尖端翼裂紋快速擴(kuò)展，形成分支微裂紋（780 s）。隨著預(yù)靜載提高，預(yù)制裂隙再度顯化，翼裂紋及分支裂紋在壓剪荷載下緩慢延展，煤巖內(nèi)部積聚大量塑性變形能（940 s）。在達(dá)到七級(jí)預(yù)靜載過(guò)程中，分支裂紋迅速擴(kuò)展，拐折翼裂紋與預(yù)制裂隙右側(cè)多條拉伸裂紋在壓剪應(yīng)力作用下拐折融匯，與分支裂縫形成明顯的共面剪切型貫通破裂面，煤巖突然發(fā)生剪切破壞（1 313 s），強(qiáng)化階段積聚的彈性能瞬間釋放，煤塊彈射的數(shù)量和距離大于其余傾角裂隙煤巖，并伴隨有劇烈聲響（圖8（c））。

高水平動(dòng)載振幅作用下，強(qiáng)化現(xiàn)象越明顯，裂隙煤巖沖擊破壞現(xiàn)象愈劇烈，隨動(dòng)載振幅水平與裂隙傾角的增大，煤巖初始承受的拉應(yīng)力在壓剪荷載作用下逐漸向剪應(yīng)力過(guò)渡，最終呈剪切破壞。

5結(jié)論

1）分級(jí)靜動(dòng)組合加載方式影響強(qiáng)沖擊傾向性煤巖的強(qiáng)度。分級(jí)靜動(dòng)組合加載下，完整與60°傾角煤巖峰值強(qiáng)度高于靜力加載，而30°，45°傾角裂隙煤巖顯現(xiàn)強(qiáng)度劣化現(xiàn)象，完整煤巖的峰值強(qiáng)度受動(dòng)載振幅影響較大。

2）強(qiáng)沖擊傾向性裂隙煤巖應(yīng)力及變形特征受動(dòng)載振幅水平的影響較大。在分級(jí)靜動(dòng)組合加載過(guò)程中，裂隙煤巖峰值應(yīng)力隨預(yù)制裂隙傾角增大呈先減小后增大的變化趨勢(shì)，峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變則顯現(xiàn)先增大后減小，峰值應(yīng)力及變形能力在應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化下得到提高，高動(dòng)載振幅水平下，強(qiáng)化現(xiàn)象提前顯現(xiàn)，加速了裂隙煤巖的破壞過(guò)程。

3）裂隙傾角大小和動(dòng)載振幅水平對(duì)強(qiáng)沖擊傾向性煤巖裂紋擴(kuò)展及破壞模式有顯著影響。分級(jí)靜動(dòng)組合加載過(guò)程中，應(yīng)力-應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象抑制了裂隙煤巖拉伸裂紋的萌生、擴(kuò)展和貫通。高水平動(dòng)載振幅下，隨著預(yù)制傾角增大，煤巖由初始承受的拉應(yīng)力逐漸向剪應(yīng)力過(guò)渡，最終呈剪切破壞。

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