[发明专利]一种分析工程扰动影响下煤岩强度劣化耦合特征的方法

摘要

本发明公开了一种分析工程扰动影响下煤岩强度劣化耦合特征的方法，包括以下步骤：(1)改造压力机使其与X射线机配套使用并能输出多种类型载荷；(2)动态实时获取在不同工程扰动环境影响下裂隙岩体内部裂隙的演化过程的DR扫描图像；(3)二值化处理DR扫描图像；(4)给出采样区域的垂直地应力与水平主应力的数值；(5)构建应力‑裂隙‑渗流作用下煤岩强度耦合特征计算模型，并将裂隙数据以及采样区域的垂直地应力、水平主应力融入计算模型，完成耦合模型的构建。本发明的有益之处在于：在考虑工程扰动影响的情况下，能够准确、实时、动态分析多场耦合作用(应力场‑裂隙场‑渗流场)下煤岩体强度劣化耦合特征。

主权项

1.一种分析工程扰动影响下煤岩强度劣化耦合特征的方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1：改造现有压力机，使其能与X射线机配套使用并且能输出多种类型的载荷；Step2：现场采集煤岩体试样，加工后进行岩石力学实验，动态实时获取在不同工程扰动环境影响下裂隙岩体内部裂隙的演化过程的DR扫描图像；Step3：对MATLAB软件进行二次开发，使其能二值化处理DR扫描图像，利用MATLAB软件二值化处理DR扫描图像，在处理图像的过程中，DR扫描图像的透光区定义为1，非透光区定义为0，结果矢量化处理后得到裂隙数据；Step4：开展地应力反演计算，推导区域地应力反演计算的解析表达式，得出区域地应力变化规律，给出采样区域的垂直地应力与水平主应力的数值，其中，区域地应力反演计算的解析表达式为：式中，A为过度矩阵；σ⁰为应力矩阵；为刚度的转置矩阵；B_x为x方向的应变矩阵；B_y为y方向的应变矩阵；B_xy为xy平面内的应变矩阵；E为岩体的弹性模量，为常数；σ_x为垂直地应力；σ_y为最小水平主应力；τ_xy为切应力；u¹为已知的测量点位移量；Step5：用COMSOL Multiphysics渗流计算软件构建应力‑裂隙‑渗流作用下煤岩强度耦合特征计算模型，并将裂隙数据以及采样区域的垂直地应力、水平主应力融入计算模型，完成耦合模型的构建，其中，COMSOL Multiphysics渗流计算软件所构建的应力‑裂隙‑渗流作用下煤岩强度耦合特征计算模型为：式中，ρ_s为煤岩体的密度；ρ为水体的密度；ε为煤岩体应变系数；t为时间；v为水的粘性系数；v_s为煤岩体的粘性系数；μ为泊松比；k为煤岩体的初始渗透率。