单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验.pdf

《单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2003年6月重庆大学学报Jun.2003第26卷第6期JournaIofChonggingUniversityVoI.26No.6文章编号：l000-582X（2003）06-0096-05*单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验ll，2ll尹光志，代高飞，皮文丽，李东伟（l.重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆400044；2.同济大学地下建筑与工程系，上海200092）摘要：冲击地压是煤岩体损伤破坏的特殊表现形式，为了弄清冲击地压的发生机理，利用CT机及其配套专用加载设备，进行了单轴压缩荷载作用下煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律动态CT试

2、验，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩在从微孔洞压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏以及峰值后各个阶段清晰的CT图像和CT数。通过对CT数和方差等数据进行分析，得到了单轴荷载作用下各个应力阶段煤岩的损伤演化规律，为从细观尺度探讨微裂纹的发生、发展提供了依据，可进一步研究煤岩的宏观破坏及其本构关系。关键词：煤岩；CT试验；细观损伤演化中图分类号：TU458.3文献标识码：A岩土损伤力学特性研究是一项基础性研究课题，不同物质对X射线吸收程度不同，X射线在穿过［l-5］在岩土力学领域受到广泛的关注。葛修润，陈正物质时强度呈指数关系衰减，其衰减率为X射线在其［l-6］汉，杨更

3、社等运用CT检测技术从岩土材料的细传播途径中物质吸收系数（!rm）的线积分值，!rm是X观尺度上研究了各类损伤的形态、分布及其演化特性，射线在物质中传播距离的函数，其穿过不均匀物质取得了许多成果。但采用CT检测技术对煤岩材料进后的强度2与入射强度l的关系为：行损伤力学特性的研究还不多见。为此，利用CT加2=lexp（-!rmk）（2）2载设备，进行单轴压缩下煤岩材料细观损伤扩展的CT式中：l—X射线的入射强度（ev/m·s）；2—X动态即时扫描试验，探求煤岩破坏机理，为进一步建射线穿透物质后的强度（ev/m2·s）；—X射线穿透立损伤演化方程和损伤本构关系提供科学依据。长度

4、（m）；!rm—被检测物质对X射线的衰减系数-llCT实时实验（m）。而!rm=!r"（3）l.lCT检测的数学原理!m—被检测物质单位质量对X射线的衰减系数CT机通过计算机图像重建，使指定层面上不同密2（m/KN），只与X射线的波长有关；"—被检测物质的度的材料信息以高分辨率的数字图像显示出来。CT3密度（KN/m）。机的发明者之一英国的HounsfieIk教授给出了CT数实验采用冻土工程国家重点实验室的SIEMENMS的概念，某物质的CT数Hrm定义为：S0MAT0MpIus型X射线螺旋CT机，空间分辨率是!rm-!H203Hrm=l000X（l）0.35mmX0.35

5、mm，识别的最小体积为0.l2mm（层!H20厚lmm），密度比分辨率为0.3（3HU）。物质CT数本质上反映物质的密度，即物质CT数越高实验系统由液压加载子系统、专用实验仓、冷浴循其密度越大。物质对于X射线的衰减系数!rm与物质环子系统和数据处理子系统组成。CT专用单轴实验密度和通过该物质的X射线能量有关，因此CT值会仓外形为!50mmXl000mm，轴压缸内径为!l42mm，在一定程度上受CT机产生的X射线能量的影响。*收稿日期：2003-0l-05基金项目：教育部高等学校博士点基金（200006lll5）项目；高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目作者简介：尹光

6、志（l962-），四川西昌人，重庆大学教授，博士生导师，主要从事采矿工程与岩石力学的教学和科研工作。第26卷第6期尹光志等：单轴压缩荷载作用下煤岩损伤演化规律的CT实验97最大轴向压力设计为400KN，围压为20Mpa，轴向工作行程为40mm，位移传感器量程为0~50mm，精度2CT实验结果及煤岩损伤演化规律为0.31%。实验仓放在CT机扫描区，为减少实验仓煤岩试件的扫描条件见表1。图1是样品安装示体材料对CT扫描结果的影响，实验仓采用优质轻金意图，图1中1、2、3、4对应从上到下的4个扫描层位，属材料Lyl2加工而成。层厚3mm，共进行了7次扫描（表2）。图2~图5是1.

7、2实验方法试件从上到下4个扫描层面的CT图像（黑色为高密地下工程中，煤岩多处于受压状态，开展压缩荷载度区，白色为低密度区）。作用下煤岩损伤破坏机理研究有十分重要的意义。实1）在未加载时对各层进行了扫描，无论是各层的验所用煤岩试件采自四川省宜宾市芙蓉矿务局白皎煤CT数（表3）还是图像均不相同，另外，同一层各像素矿的2302盘区22302工作面（平均埋深500m左右，容的CT数也不同（如图2）。由此可见白皎煤岩是一种3重为14.928KN/m，比重为1.579，含水率为2.814%，典型的具有以微孔洞和微裂纹为主的初始