软分层对煤的单轴压缩力学特性影响研究 论文

根据提供的文件信息，本文主要探讨了软煤分层对煤的单轴压缩力学特性的影响。该研究的核心在于通过实验与数值模拟相结合的方式，研究不同软煤分层的厚度和倾角对原生煤样的单轴压缩力学参数和破坏模式的影响。研究重点分析了试样在荷载作用下的细观力学响应，以及不同构造煤赋存参数对试样破坏形态演化的影响。软煤分层是指在煤层中存在一种松软、强度较低、变形较大的煤层结构。这种结构的存在会对整体煤层的力学特性产生显著影响。单轴压缩是一种岩石力学测试方法，通过在试样上施加垂直压力，来测量其在单向压缩下的力学性质，包括抗压强度、弹性模量、泊松比等参数。在煤层开采和岩土工程中，单轴压缩实验是评估材料力学性能的基本手段。在本研究中，使用了PFC（Particle Flow Code）软件进行数值模拟，PFC是一种基于离散元方法（DEM）的数值模拟软件，能够模拟颗粒材料（如岩石、土、煤等）在荷载作用下的力学行为。通过模拟，研究者能够详细观察到试样内部裂纹的萌生、扩展过程，以及在不同荷载下的破坏模式。研究中发现，构造软煤分层的厚度对复合煤层试样的单轴抗压强度有重要影响。具体来说，随着软煤分层厚度的增加，含软煤分层的试样的单轴抗压强度会降低。这是由于软煤分层作为弱层，其强度不足以承受外部荷载，导致整体煤样的承载能力下降。此外，软煤分层的倾角也对试件内部裂纹的萌生和扩展方式有显著影响。倾角越大，剪切裂纹萌生的时间越晚，且在总裂纹中所占的比例越小。这是因为倾角的大小会影响剪切应力在试样内部的分布，进而影响裂纹的形成和扩展路径。含软煤分层的试样的破坏模式主要包括沿交界面的层裂破坏、拉伸破坏和复合破坏三种类型。这些破坏模式与软煤分层的倾角密切相关，不同的倾角会导致不同类型的破坏模式占据主导。研究者们通过室内试验和数值模拟的结合，建立起了松软构造煤分层与荷载耦合作用下煤的单轴压缩损伤模型，为理解和预测软煤层影响下的煤层稳定性提供了重要参考。这项研究对于煤层的稳定性分析、开采设计以及灾害预防都具有实际的指导意义。关键词包括软煤分层、单轴压缩、裂纹、赋存参数、数值模拟和力学特性，这些词汇准确概括了研究内容的核心要素。研究结果不仅有助于加深对软煤分层力学特性的认识，也对工程实践中如何处理和优化具有软煤分层的煤层提供了科学依据。