基于在线SEM微裂纹结构演化及其对煤力学行为影响

随着煤炭资源开采深度不断加深，由于开采引发的灾害时有发生。煤的宏观力学性能由其内部微细观力学行为决定，尤其是其内部微裂纹结构的演化，然而宏观尺度和微细观尺度煤的力学行为关系尚不清楚。本文采用原位加卸载扫描电镜(in-situ SEM)获取了三点弯条件下煤内部天然微裂纹在受拉区和受压区的演化规律;采用单轴压缩和巴西劈裂试验得到了煤受压和受拉时的应力-应变曲线。试验结果表明试件破坏前，受压区微裂纹的开度随载荷增加呈指数减小，而受拉区微裂纹的开度随载荷的增加几乎呈线性增加，直至裂纹扩展。单轴压缩试验应力应变曲线在初始压密段表现出非线弹性行为，之后进入线弹性段直至破坏。而巴西劈裂试验测得的应力-应变曲线几乎是线性的。采用两部分胡克模型(TPHM)将煤从概念上分为“软质部分”和“硬质部分”，可以更好地描述煤内部受压区裂纹开度的指数闭合规律，以及煤压缩的非线弹性变形。基于TPHM分析结果表明煤宏细观力学性质具有强关联性，微裂纹的闭合是造成煤非线性压密的主要原因。