【摘要】：采用高清數(shù)碼攝像機(jī)和紅外熱成像儀,對含中心孔洞煤體試件在局部荷載作用下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究,研究分析煤體試件在不同加載面積作用下試件表面裂紋的萌生、擴(kuò)展、貫通,直至形成宏觀破壞的整個(gè)過程中表現(xiàn)出的特征與規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:局部荷載作用下含中心孔洞煤體試件裂紋擴(kuò)展是加載條件和宏觀中心孔洞耦合作用結(jié)果,裂紋擴(kuò)展路徑受其主導(dǎo)作用,而由孔、裂隙系統(tǒng)引起的非均質(zhì)性則占據(jù)從屬地位;均布荷載條件下,孔洞周邊形成拉、剪應(yīng)力區(qū),且裂紋由此起裂,孔洞是引起應(yīng)力集中的主導(dǎo)因素,但隨著加載面積的改變,孔洞的主導(dǎo)地位被顛覆,應(yīng)力集中強(qiáng)弱順序發(fā)生突轉(zhuǎn),起裂位置由孔洞周邊轉(zhuǎn)向荷載臨界處;受載面積對含中心孔洞試件裂紋擴(kuò)展的影響具有區(qū)域性特點(diǎn),且明顯集中出現(xiàn)于有載荷作用的區(qū)域;隨局部荷載的增加,初始裂紋的尺度(裂紋寬度和長度)不斷增加,且裂紋的發(fā)展方向出現(xiàn)明顯的非平直化趨勢。
【圖文】：

隕轎骰糝菝?電集團(tuán)干河礦煤體為試驗(yàn)對象，對其進(jìn)行局部加載來模擬其在真實(shí)條件下可能受到的非均勻載荷(局部載荷可以考慮為非均勻載荷的一種簡單形式，在實(shí)驗(yàn)室也最易實(shí)現(xiàn))，借助相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備來研究其在該非均勻載荷作用下裂紋(原生裂紋、次生裂紋)的擴(kuò)展規(guī)律。1試驗(yàn)方案和試驗(yàn)設(shè)備1.1試驗(yàn)方案本試驗(yàn)所選用煤樣均取自山西霍州煤電集團(tuán)干河礦，嚴(yán)格按照國際巖石力學(xué)會(huì)試驗(yàn)建議方法的要求，采用濕式加工法將其加工成70mm的標(biāo)準(zhǔn)方型試件。試驗(yàn)前，選取標(biāo)準(zhǔn)試樣2組8個(gè)，并在其中心位置鉆取直徑8mm的垂直貫穿孔洞，如圖1(a)所示。圖1試樣Fig.1Schematicofspecimens同時(shí)，為了驗(yàn)證型煤在局部載荷條件下的裂紋擴(kuò)展特征能否表征原煤，本試驗(yàn)將文獻(xiàn)［13］中所描述的能夠作為原煤相似模擬材料的水泥黏結(jié)劑配比，并根據(jù)本課題組已獲得的配比經(jīng)驗(yàn)參數(shù)獲得相關(guān)配比(煤粉∶水泥∶水=10∶2.4∶1.6)，借助本課題組的型煤制備裝置采用此配比制備70mm的標(biāo)準(zhǔn)方型試件，選取標(biāo)準(zhǔn)方型型煤2組8個(gè)，并在其中心位置鉆取直徑8mm的垂直貫穿孔洞，如圖1(b)所示。試驗(yàn)時(shí)，分別對原煤試樣、型煤試樣進(jìn)行相對加載面為S，3S/4，2S/4，S/4的局部加載試驗(yàn)，加載速率861

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷控制在0.5MPa/s，每組試驗(yàn)對4個(gè)試樣展開試驗(yàn)，共進(jìn)行4組(原煤試樣2組、型煤試樣2組)，其加載示意如圖2所示。1.2試驗(yàn)設(shè)備本試驗(yàn)設(shè)備采用自行研制開發(fā)的局部荷載加載試驗(yàn)裝置(圖3(a))與高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(圖3(b))，結(jié)合紅外熱成像儀及其配套軟件對試件表面微細(xì)觀結(jié)構(gòu)及溫度的演化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測。局部荷載加載試驗(yàn)裝置通過加載機(jī)構(gòu)設(shè)置一定加載面積后對試件進(jìn)行加載，以實(shí)現(xiàn)局部荷載加載的目的;高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)為索尼HDＲ－PJ600型，動(dòng)態(tài)攝影采用HD模式(1920×1080/50i(FX，F(xiàn)H))，圖像采集速率為50幀/s;紅外熱成像儀為優(yōu)利德生產(chǎn)的uti－160A型，靈敏度為0.08，輻射系數(shù)為0.92。圖2試件加載示意Fig.2Schematicofloadedspecimens圖3主要試驗(yàn)裝置和觀測裝置Fig.3Localloadtestingdeviceandobservationdevice2表面裂紋演化特征量化參數(shù)煤體試件表面裂紋及溫度場演化特征的量化是研究不同熱力學(xué)環(huán)境下多煤體擴(kuò)展規(guī)律的重要指標(biāo)，也是其重要組成部分，其評價(jià)成功與否，關(guān)鍵在于裂紋及溫度場演化特征量化指標(biāo)選取的科學(xué)性及量化的準(zhǔn)確性。煤體試件的破壞可認(rèn)為是在加載過程中內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展、貫通造成的，且煤體試件在加載過程中通常伴隨有紅外輻射現(xiàn)象。因此，對煤體試件裂紋的直接觀測及對表面溫度場演化特征的間接觀測，將有助于通過量化指標(biāo)來反映煤體的破壞程度及其力學(xué)特征。本文將引用參考文獻(xiàn)［13］中表面裂紋有效貫通率、表面裂紋瞬時(shí)有效貫通速度、熵理論、方差和筆者設(shè)定的煤體試件裂紋起裂位置、煤體試件裂紋起裂應(yīng)力這6個(gè)常用指標(biāo)對其進(jìn)行表征，其中表面裂紋有效貫通率反映煤體試件的破損程度，而表面裂紋瞬時(shí)有效貫通速度、基于熵理論及方差的表面溫度演化特征反映煤體試件破損的劇烈程度，煤體試

煤炭學(xué)報(bào)2017年第42卷控制在0.5MPa/s，每組試驗(yàn)對4個(gè)試樣展開試驗(yàn)，共進(jìn)行4組(原煤試樣2組、型煤試樣2組)，其加載示意如圖2所示。1.2試驗(yàn)設(shè)備本試驗(yàn)設(shè)備采用自行研制開發(fā)的局部荷載加載試驗(yàn)裝置(圖3(a))與高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(圖3(b))，結(jié)合紅外熱成像儀及其配套軟件對試件表面微細(xì)觀結(jié)構(gòu)及溫度的演化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測。局部荷載加載試驗(yàn)裝置通過加載機(jī)構(gòu)設(shè)置一定加載面積后對試件進(jìn)行加載，以實(shí)現(xiàn)局部荷載加載的目的;高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)為索尼HDＲ－PJ600型，動(dòng)態(tài)攝影采用HD模式(1920×1080/50i(FX，F(xiàn)H))，圖像采集速率為50幀/s;紅外熱成像儀為優(yōu)利德生產(chǎn)的uti－160A型，靈敏度為0.08，輻射系數(shù)為0.92。圖2試件加載示意Fig.2Schematicofloadedspecimens圖3主要試驗(yàn)裝置和觀測裝置Fig.3Localloadtestingdeviceandobservationdevice2表面裂紋演化特征量化參數(shù)煤體試件表面裂紋及溫度場演化特征的量化是研究不同熱力學(xué)環(huán)境下多煤體擴(kuò)展規(guī)律的重要指標(biāo)，也是其重要組成部分，其評價(jià)成功與否，關(guān)鍵在于裂紋及溫度場演化特征量化指標(biāo)選取的科學(xué)性及量化的準(zhǔn)確性。煤體試件的破壞可認(rèn)為是在加載過程中內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展、貫通造成的，且煤體試件在加載過程中通常伴隨有紅外輻射現(xiàn)象。因此，對煤體試件裂紋的直接觀測及對表面溫度場演化特征的間接觀測，將有助于通過量化指標(biāo)來反映煤體的破壞程度及其力學(xué)特征。本文將引用參考文獻(xiàn)［13］中表面裂紋有效貫通率、表面裂紋瞬時(shí)有效貫通速度、熵理論、方差和筆者設(shè)定的煤體試件裂紋起裂位置、煤體試件裂紋起裂應(yīng)力這6個(gè)常用指標(biāo)對其進(jìn)行表征，其中表面裂紋有效貫通率反映煤體試件的破損程度，而表面裂紋瞬時(shí)有效貫通速度、基于熵理論及方差的表面溫度演化特征反映煤體試件破損的劇烈程度，煤體試

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2768446