煤炭科学技术

作者：雷瑞德, 粟罗, 贺培, 胡超, 李俊, 周林森,

关键词：巴西劈裂, 力学特性, 声发射, 微观裂纹, 多重分形,

为探究不同高径比对圆盘煤样抗拉强度及能量演化机制的影响，对5组直径相同、高度不同的煤样进行巴西劈裂试验，并同步声发射监测系统及三维形貌扫描技术探究不同高径比煤样的抗拉特性、声发射特征、破断模式及断面形貌特征。结果表明：随着煤样高径比的增加，煤样抗拉强度呈现逐渐减小的趋势，当高径比在0.4∶1至1∶1范围内时，高径比为0.4∶1的煤样抗拉强度最大。圆盘煤样宏观破坏模式逐渐由拉−剪混合裂纹主导的多裂纹复杂破断模式转变为单一断面拉伸裂纹破坏。累积声发射能量逐渐增大，且累积能量曲线的聚丛现象较为显著，呈阶梯式上升趋势。较低应力水平阶段的耗散能占比逐渐增大；当荷载增至弹性极限时，耗散能及其占比逐渐减小；当煤样趋近破裂阶段时，弹性应变能与耗散能占比趋于平稳；当煤样进入峰后破裂阶段时，积聚在煤样内的弹性应变能迅速释放，耗散能占比急剧增加，煤样内部宏观裂纹迅速扩展并贯通。多重分形谱宽度（Δα）逐渐增大，频谱测度子集（Δf）小于零，表明煤样拉伸破裂过程中小破裂尺度信号占主导优势。另外，不同高径比工况下煤样破断面高程的相对频率呈现出拟合度较高的高斯型函数分布，分形维数呈逐渐增大趋势，表明高径比越小，其破裂后断面的复杂程度越低，反之高径比越大的煤样破裂后断面粗糙程度越复杂。

来源：2024年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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