三軸卸荷條件下煤體力學(xué)特性和能量耗散演化

魯細(xì)根，紀(jì)洪廣，余小妹，蔣 華，高 宇 ，吳浩源

(1.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；2.南昌工學(xué)院 人居環(huán)境學(xué)院，南昌 330108；3.青島國信建設(shè)投資有限公司，山東 青島 266061；4.青島國信膠州灣第二海底隧道有限公司，山東 青島 266061)

煤炭資源開采伴生著采場應(yīng)力的調(diào)整，由于開采活動(dòng)和工作面布置的影響，孤島工作面煤體和巷道受到周邊開采擾動(dòng)影響，煤體因?yàn)樾逗闪W(xué)行為而表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)破壞特性，其伴生的地質(zhì)動(dòng)力災(zāi)害往往是地下工程面臨的難題[1-2]，研究應(yīng)力狀態(tài)改變導(dǎo)致的煤巖體力學(xué)特性演變特點(diǎn)對于煤礦災(zāi)害防控具有重要意義。

針對煤巖體力學(xué)特性研究，楊永杰等[3]通過硬煤周期荷載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)煤體循環(huán)荷載疲勞破壞“門檻值”；蘇承東等[4]發(fā)現(xiàn)循環(huán)荷載下煤樣彈性模量、峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度以及圍壓回歸得到的摩擦系數(shù)演變規(guī)律；彭瑞東等[5]根據(jù)三軸循環(huán)加卸載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)圍壓限制煤體損傷發(fā)展，提出了基于能量分析的損傷變量定義；楊圣奇等[6]基于顆粒流數(shù)值方法發(fā)現(xiàn)煤樣裂紋形成的剪切帶是彈性模量和塑性應(yīng)變出現(xiàn)拐點(diǎn)的主要原因；左建平等[7]基于煤巖組合體循環(huán)加卸載中彈性應(yīng)變和殘余應(yīng)變，提出了軸向裂紋閉合模型和峰前應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型；Duan等[8]基于巖石循環(huán)加卸載試驗(yàn)分析體應(yīng)變、彈性模量演變特點(diǎn)；尤明慶等[9-10]對巖石試樣循環(huán)加卸載強(qiáng)化作用進(jìn)行了探討。

通過研究卸荷力學(xué)行為對于煤巖體強(qiáng)度和變形影響，許江等[11]發(fā)現(xiàn)卸荷路徑下峰值強(qiáng)度明顯低于常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)峰值強(qiáng)度；劉泉聲等[12]根據(jù)三軸卸荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)煤樣屈服進(jìn)程明顯縮短，峰后脆性破壞特征顯著；袁曦等[13]基于加卸載條件下的分階段煤樣三軸卸荷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)煤樣的變形具有明顯的階梯狀特性；Li等[14]分析了不同卸荷速率三軸花崗巖力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)巖樣破壞程度隨卸載速率增大而減小，破裂時(shí)的應(yīng)力差越??；Huang等[15]基于深部軟弱圍巖的三軸卸荷和蠕變試驗(yàn)，提出巖石時(shí)變損傷和破裂理論；陳學(xué)章等[16]分析了大理巖三軸卸荷條件下的擴(kuò)容與能量特征；叢宇等[17]分析了大理巖加、卸載條件下能量隨應(yīng)變的演化規(guī)律；陳衛(wèi)忠等[18]基于脆性花崗巖常規(guī)三軸及卸圍壓試驗(yàn)，給出了能量原理的巖爆判據(jù)；范鵬賢等[19]通過砂巖卸載試驗(yàn)確定砂巖卸荷強(qiáng)度、屈服特性；Qiao等[20]通過數(shù)值計(jì)算研究脆性煤體不同卸荷路徑下的力學(xué)強(qiáng)度和破壞特性。

綜上，已有研究成果加深了煤巖體三軸力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，但由于煤礦開采環(huán)境的復(fù)雜性，煤樣在三軸循環(huán)荷載條件卸圍壓的力學(xué)特性還需進(jìn)一步完善。本研究開展煤體不同圍壓下常規(guī)三軸、三軸循環(huán)荷載以及相應(yīng)卸圍壓試驗(yàn)，對煤體強(qiáng)度、變形、聲發(fā)射和損傷破壞特征等方面做了系統(tǒng)研究，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)煤巖體卸圍壓強(qiáng)度特性和破壞機(jī)制提供依據(jù)，研究結(jié)果對于開挖卸荷導(dǎo)致的礦井災(zāi)害預(yù)防控制具有一定的指導(dǎo)意義。

1 煤體三軸試樣特征和試驗(yàn)方法

1.1 試樣特征

以鮑店煤礦7302工作面水倉位置煤體為研究對象，煤體埋藏深度650 m，采集尺寸約為20 cm×20 cm×20 cm的大煤塊，垂直層理方向密集布孔鉆取，按ISRM建議方法，加工50 mm×100 mm圓柱型試件，再采用NM-4B型聲波儀篩選出波速相近的試件，并保證試件沒有大的裂紋，在加載過程中受原生裂隙和節(jié)理影響較小，端面平整，上下端面不平行度小于0.02 mm，端面與軸向垂直最大偏差小于0.25°。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)力學(xué)系統(tǒng)采用TAW-2000型巖石三軸電液伺服剛性試驗(yàn)機(jī)和PCI-2型多通道AE檢測儀，試驗(yàn)儀器如圖1所示。TAW-2000在試驗(yàn)中可對控制通道進(jìn)行無沖擊轉(zhuǎn)換，控制精度高，能夠完成煤巖體三軸試驗(yàn)。PCI-2型聲發(fā)射(AE)檢測系統(tǒng)試驗(yàn)過程選用了150 kHz諧振頻率兩組探頭進(jìn)行測試，門檻值設(shè)為35 dB，前方增益40 dB。

圖1 煤樣試驗(yàn)設(shè)備Fig.1 Experimental equipment of coal sample

1.3 試驗(yàn)方案

工作面回采過程中，超前煤體應(yīng)力表現(xiàn)為支承壓力(軸向應(yīng)力)增大，側(cè)向壓力(圍壓)減小，側(cè)向煤體應(yīng)力隨開采擾動(dòng)存在加卸載現(xiàn)象。為研究三軸壓縮下不同路徑煤體力學(xué)特性，三軸試驗(yàn)用TAW-2000型巖石三軸電液伺服剛性試驗(yàn)機(jī)分別進(jìn)行常規(guī)三軸(T)、三軸循環(huán)荷載(TC)以及相應(yīng)卸圍壓試驗(yàn)(TU、TCU)，試驗(yàn)圍壓分級為2 MPa、10 MPa、20 MPa。1)常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)T:采用變形控制，加載速率為0.01 mm/min。2)常規(guī)三軸卸圍壓試驗(yàn)TU：變形控制加載速率0.01 mm/min，至相應(yīng)圍壓下峰值屈服階段卸圍壓，圍壓卸載速率為0.01 MPa/s。3)三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)TC：循環(huán)加卸載，每級循環(huán)上限應(yīng)力比前一級增加10 MPa左右，軸壓卸載接近0 MPa，加載速率為0.01 mm/min，卸載速率為0.04 mm/min。4)三軸循環(huán)荷載卸圍壓試驗(yàn)TCU：循環(huán)加卸載，每級循環(huán)上限應(yīng)力比前一級增加10 MPa左右，軸壓卸載接近0 MPa，加載速率為0.01 mm/min，卸載速率為0.04 mm/min，至相應(yīng)圍壓下峰值屈服階段卸圍壓，圍壓卸載速率為0.01 MPa/s。

2 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體變形特征

三軸壓縮下不同路徑下煤體力學(xué)特性如圖2所示，分別為煤樣在常規(guī)三軸(T)、三軸循環(huán)荷載(TC)以及相應(yīng)卸圍壓(TU、TCU)試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，煤樣三軸壓縮過程中經(jīng)歷壓縮—彈性—塑性—破壞階段，峰值強(qiáng)度和峰值應(yīng)變與圍壓呈正相關(guān)性。

常規(guī)三軸(T)和常規(guī)三軸卸圍壓(TU)試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2(a)、2(b)所示，常規(guī)三軸(T)試驗(yàn)中煤樣達(dá)到峰值后軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系呈“臺(tái)階式”下降趨勢，常規(guī)三軸卸圍壓(TU)試驗(yàn)中應(yīng)力峰值前卸圍壓導(dǎo)致軸向應(yīng)力急劇下降，引起橫向應(yīng)變突增，峰后殘余強(qiáng)度降低，表明峰值前卸圍壓會(huì)加劇煤體破壞程度，引起煤體發(fā)生劇烈破壞。

如圖2(c)所示，煤樣三軸循環(huán)荷載(TC)中裂隙在彈性階段不斷壓縮，塑性回環(huán)面積減小，在塑性變形階段，塑性滯回環(huán)面積不斷增大，表明塑性階段煤樣損傷不可逆，加卸載導(dǎo)致煤樣損傷疊加，峰值強(qiáng)度降低。煤體在達(dá)到峰值破壞后進(jìn)行循環(huán)加卸載，滯回環(huán)面積增大，表明煤體耗散能增大，彈性能積聚減弱，低圍壓下滯回環(huán)面積大于高圍壓，表明低圍壓下峰后循環(huán)加卸載引起的損傷程度比高圍壓下更高。煤體峰后循環(huán)仍具有一定的殘余強(qiáng)度。

圖2 三軸壓縮條件下應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.2 Stress-strain curves of coal in triaxial compression test

對比分析三軸循環(huán)荷載(TC)和三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線可知，三軸循環(huán)荷載(TC)試驗(yàn)中煤樣達(dá)到峰值后軸向應(yīng)力隨軸向應(yīng)變增長持續(xù)下降，三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)試驗(yàn)中應(yīng)力峰值前卸圍壓導(dǎo)致軸向應(yīng)力急劇下降，相較三軸循環(huán)荷載(TC)，煤樣破壞時(shí)其應(yīng)力下降速率和橫向應(yīng)變擴(kuò)容速率更快。

圖3為常規(guī)三軸恒圍壓(T)和卸圍壓(TU)應(yīng)力-體應(yīng)變曲線?？梢钥闯觯瑖鷫涸酱?，峰值強(qiáng)度對應(yīng)體應(yīng)變越大，表明增大圍壓可以提高煤體抵抗變形能力。煤體未卸圍壓前，軸向應(yīng)力隨應(yīng)變增加而增大，卸圍壓時(shí)軸向應(yīng)力滯后圍壓變化，先增長后下降直至煤體突然破壞，圍壓越大該增長階段應(yīng)力增長越明顯。卸圍壓峰后達(dá)到相應(yīng)圍壓承載極限，煤體裂紋貫通擴(kuò)展，軸向應(yīng)力急劇下降，體積變形急增，曲線應(yīng)力-體應(yīng)變下降斜率比恒圍壓大，破壞形式劇烈。

圖3 三軸壓縮條件下應(yīng)力-體應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-volume strain curves of coal in triaxial compression test

2.2 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體強(qiáng)度特征

不同路徑下煤體強(qiáng)度特征表現(xiàn)出差異，三軸壓縮條件破壞點(diǎn)軸向應(yīng)力與圍壓關(guān)系如表1所示。將常規(guī)三軸卸圍壓(TU)和循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)下煤體峰值應(yīng)力與圍壓關(guān)系繪于圖4，結(jié)合常規(guī)三軸試驗(yàn)(T)和循環(huán)荷載(TC)破壞時(shí)的峰值應(yīng)力與圍壓進(jìn)行線性擬合分析?？梢钥闯?，常規(guī)三軸試驗(yàn)卸圍壓(TU)中，煤體峰值前卸圍壓過程中軸向應(yīng)力可分為3個(gè)階段，即應(yīng)力增長階段、應(yīng)力突降階段、應(yīng)力平衡階段。應(yīng)力增長階段，圍壓減小軸向應(yīng)力增大，相應(yīng)圍壓下煤體完整，保持一定的抗壓強(qiáng)度；應(yīng)力突降階段，隨著圍壓進(jìn)一步降低，軸向應(yīng)力增長緩慢，進(jìn)入屈服階段出現(xiàn)短暫下滑，到達(dá)煤體破壞點(diǎn)圍壓時(shí)軸向應(yīng)力發(fā)生突降，煤體發(fā)生破裂；應(yīng)力平衡階段，煤體軸向應(yīng)力持續(xù)下降直至圍壓降至零，軸向應(yīng)力趨于平衡。三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)中，煤體峰值前卸圍壓過程中軸向應(yīng)力主要為應(yīng)力增長階段和應(yīng)力突降階段，表明循環(huán)加卸載過程中煤體產(chǎn)生的損傷會(huì)在卸圍壓過程中加劇，降低了煤體殘余強(qiáng)度。

表1 破壞點(diǎn)峰值應(yīng)力與圍壓關(guān)系 MPaTab.1 Relationship between peak stress and confining pressure at failure point

從圖4可以看出，彈性階段循環(huán)加卸載對煤體峰值強(qiáng)度影響較小，煤體損傷主要集中在峰值前的塑性階段，三軸循環(huán)荷載(TC)擬合回歸強(qiáng)度和常規(guī)三軸(T)擬合回歸強(qiáng)度大致相同，常規(guī)三軸卸圍壓(TU)擬合回歸對應(yīng)圍壓抗壓強(qiáng)度明顯高于常規(guī)三軸(T)應(yīng)力路徑擬合回歸抗壓強(qiáng)度，三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)擬合回歸強(qiáng)度低于常規(guī)三軸卸圍壓(TU)擬合回歸強(qiáng)度，但高于三軸循環(huán)荷載(TC)擬合回歸強(qiáng)度，表明卸圍壓過程是煤體軸向壓力的動(dòng)載過程，相同圍壓下煤體的承載能力更大，但是煤體破壞程度會(huì)更劇烈。

3 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體損傷破壞特性

3.1 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體聲發(fā)射特征

煤巖體在壓縮變形階段出現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)，圖5、6繪出三軸恒圍壓(T)和三軸循環(huán)加卸載(TC)過程中最大主應(yīng)力和聲發(fā)射(AE)振鈴計(jì)數(shù)與時(shí)間關(guān)系。由圖5可知，三軸恒圍壓(T)應(yīng)力路徑下，煤樣進(jìn)入屈服階段聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)會(huì)持續(xù)增長，而后突增至最大值，振鈴計(jì)數(shù)的增加變化過程相對劇烈。同時(shí),圍壓越大，煤體破壞時(shí)AE振鈴計(jì)數(shù)峰值和AE振鈴累計(jì)計(jì)數(shù)值越小，表明圍壓促使煤體壓縮過程中向延性發(fā)展，裂紋擴(kuò)展緩慢。

圖5 常規(guī)恒圍壓應(yīng)力、AE振鈴累計(jì)計(jì)數(shù)隨時(shí)間變化Fig.5 Variation of stress and AE cumulative ringing counts with time under constant confining pressure

圖6 循環(huán)荷載應(yīng)力、AE振鈴累計(jì)計(jì)數(shù)隨時(shí)間變化Fig.6 Variation of stress and AE cumulative ringing counts with time under triaxial cyclic loading and unloading

由圖7可知，常規(guī)三軸(T、TC)應(yīng)力路徑聲發(fā)射計(jì)數(shù)最大值出現(xiàn)在峰值應(yīng)力處，卸圍壓(TU、TCU)應(yīng)力路徑下最大聲發(fā)射計(jì)數(shù)值滯后應(yīng)力峰值，AE振鈴計(jì)數(shù)在卸圍壓初始階段出現(xiàn)快速增長，卸圍壓(TU、TCU)至煤樣破壞點(diǎn)AE振鈴計(jì)數(shù)突增，高于常規(guī)三軸(T、TC)數(shù)值，這表明卸圍壓初始階段煤樣壓縮裂紋逐步擴(kuò)展，煤樣能量在集聚，卸壓至破壞點(diǎn)時(shí)煤樣劇烈破壞。

圖7 三軸壓縮條件下應(yīng)力、AE振鈴累計(jì)計(jì)數(shù)隨時(shí)間變化Fig.7 Variation of stress and AE cumulative ringing counts with time under triaxial confining conditions

煤巖體所受當(dāng)前應(yīng)力水平超過歷史峰值應(yīng)力時(shí)，聲發(fā)射活動(dòng)會(huì)顯著增加的現(xiàn)象稱為Kaiser效應(yīng)。當(dāng)煤巖體在所受荷載達(dá)到歷史應(yīng)力水平前聲發(fā)射就開始顯著增加，這種現(xiàn)象即所謂的Felicity效應(yīng)[21]，F(xiàn)elicity效應(yīng)的Felicity比(RF)公式如下：

(1)

kσ=σi-1,m/σt

(2)

由圖8可知，較低應(yīng)力水平時(shí)RF>1，在70%峰值強(qiáng)度之前，RF在1～1.4波動(dòng)，說明在該階段巖石內(nèi)部沒有出現(xiàn)太大損傷，Kaiser效應(yīng)有效；在進(jìn)入塑性階段后聲發(fā)射信號(hào)增多，加載裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射增多，卸載裂紋閉合聲發(fā)射信號(hào)消失，當(dāng)應(yīng)力水平達(dá)到峰值強(qiáng)度的70%時(shí)，RF在0.8～0.9波動(dòng)，Kaiser效應(yīng)逐漸消失，F(xiàn)elicity效應(yīng)出現(xiàn)，應(yīng)力水平越大，內(nèi)部裂紋擴(kuò)展越不穩(wěn)定。

圖8 不同圍壓下RF隨軸向相對應(yīng)力水平變化Fig.8 Variation of RF values and relative axial stress levels under different confining pressures

3.2 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體破壞特征

煤體在三軸壓縮條件下發(fā)生破壞，圖9為煤樣荷載擾動(dòng)后的最終破壞情況。常規(guī)三軸恒圍壓(T)試件、卸圍壓(TU)試件和三軸壓縮條件下循環(huán)加卸載(TC)試件破壞形態(tài)大致相同，低圍壓下，煤樣最終破壞模式主要呈拉伸破壞；高圍壓下，煤樣最終破壞模式呈拉剪混合破壞；峰后循環(huán)加卸載導(dǎo)致煤樣內(nèi)部主破裂面附近裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，最終破壞時(shí)破碎塊度越小。由圖9可知，圍壓對煤樣有橫向束縛作用，循環(huán)加卸載卸圍壓(TCU)過程中，圍壓越低，卸圍壓時(shí)煤樣完全失穩(wěn)后破碎程度越高，碎屑越多，圍壓越高，煤樣變形受圍壓限制破壞呈拉剪破壞，破碎程度較低。

圖9 試驗(yàn)煤樣破壞形態(tài)Fig.9 Coal failure modes

3.3 三軸應(yīng)力狀態(tài)下煤體能量耗散特征

試樣在加載過程中，試驗(yàn)系統(tǒng)將機(jī)械能傳遞給試樣，試樣變形積聚部分彈性能，卸載過程中可以完全釋放，環(huán)荷載過程中伴隨著能量的損失，試樣發(fā)生塑性變形、損傷或以其他形式消耗的能量是不可逆的，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為滯回環(huán)[22]。卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的面積為彈性能密度Ue，加卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線中滯回環(huán)的面積為耗散能密度Ud。

(3)

引入無量綱參數(shù)ke表征煤體儲(chǔ)能指數(shù)，即

ke=Ue/Ud

(4)

循環(huán)加卸載過程中，煤樣的耗散能不可逆，圖10為循環(huán)加卸載(TC)試驗(yàn)不同圍壓下的能量統(tǒng)計(jì)。峰值前煤樣彈性能、耗散能隨著軸向應(yīng)變的增加而增大，耗散能在塑性屈服階段持續(xù)增長直至煤樣破壞點(diǎn)并達(dá)到峰值，彈性能在煤樣破壞后迅速降低并殘余一定的彈性能，煤樣彈性應(yīng)變能、耗散能逐漸升高。

圖10 煤樣三軸壓縮條件下不同圍壓循環(huán)荷載能量分布Fig.10 Energy distribution of coal under triaxial confining conditions with different confining pressures

圖11為軸向相對應(yīng)力水平下儲(chǔ)能指數(shù)，圍壓增大峰值彈性能、極限儲(chǔ)能、殘余彈性能都有一定提高，煤樣破壞前的耗散能不會(huì)顯著增加。儲(chǔ)能指數(shù)在應(yīng)力水平60%前后存在明顯變化，前期彈性應(yīng)變能占比隨著應(yīng)力水平的增大而增加，軸向相對應(yīng)力水平達(dá)到60%以后，煤樣彈性應(yīng)變能占比隨著軸向應(yīng)力水平的增大而減少，表明煤樣在加卸載過程中，到達(dá)一定應(yīng)力水平時(shí)發(fā)生較大損傷，其儲(chǔ)能能力減弱，圍壓越大，相應(yīng)應(yīng)力水平下煤體所集聚的能量越大。

圖11 不同圍壓下彈塑性儲(chǔ)能指數(shù)與軸向相對應(yīng)力水平關(guān)系Fig.11 Relationship between elastic-plastic energy storage index and axial relative stress level under different confining pressures

煤體處于高應(yīng)力、強(qiáng)擾動(dòng)環(huán)境，不同應(yīng)力路徑下煤體表現(xiàn)的沖擊性差異較大，基于沖擊能指數(shù)KE分析煤體完全破壞時(shí)的能量釋放狀態(tài)，對于揭示沖擊傾向性的物理本質(zhì)和分析其他沖擊傾向性指標(biāo)具有重要意義。

(5)

式中：AS為峰值前積聚的變形能，AX為峰值后損耗變形能。

沖擊能指數(shù)如圖12所示，圍壓越大，煤樣破壞時(shí)沖擊能指數(shù)越小，峰前循環(huán)加卸載增大煤體損傷，降低煤體的彈性能積蓄，不同路徑下沖擊能指數(shù)表現(xiàn)為三軸循環(huán)荷載(TC)沖擊能指數(shù)<常規(guī)三軸(T)沖擊能指數(shù)<三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)沖擊能指數(shù)<常規(guī)三軸卸圍壓(TU)沖擊能指數(shù)。卸圍壓(TU、TCU)試驗(yàn)中，低圍壓沖擊能指數(shù)遠(yuǎn)高于未卸圍壓(T、TC)路徑的沖擊能指數(shù)，高圍壓沖擊能指數(shù)相對變化較小，表明圍壓限制煤體橫向變形，減弱沖擊能釋放速率。

圖12 不同圍壓下沖擊能指數(shù)分布Fig.12 Distribution of impact energy index under different confining pressures

4 結(jié) 論

1)卸圍壓試驗(yàn)(TU、TCU)中，卸圍壓時(shí)軸向應(yīng)力滯后圍壓變化，存在一定增長階段，圍壓越大該階段應(yīng)力增長越明顯，卸圍壓峰后達(dá)到相應(yīng)圍壓承載極限，軸向應(yīng)力急劇下降，體積變形急增，煤體發(fā)生劇烈破壞，峰后殘余強(qiáng)度降低。

2)卸圍壓路徑下相同圍壓下煤體的承載能力更大，但相應(yīng)煤體破壞程度會(huì)更劇烈，三軸循環(huán)荷載(TC)擬合回歸強(qiáng)度和常規(guī)三軸(T)擬合回歸強(qiáng)度大致相同，三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)擬合回歸強(qiáng)度低于常規(guī)三軸卸圍壓(TU)擬合回歸獲強(qiáng)度，高于三軸循環(huán)荷載(TC)下擬合回歸強(qiáng)度。

3)卸圍壓(TU、TCU)應(yīng)力路徑聲發(fā)射振鈴峰值滯后應(yīng)力峰值，AE振鈴計(jì)數(shù)突增，數(shù)值高于常規(guī)三軸(T、TC)數(shù)值；循環(huán)過程(TC、TCU)中加載裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射增多，卸載裂紋閉合聲發(fā)射信號(hào)消失。當(dāng)應(yīng)力水平達(dá)到峰值強(qiáng)度的70%時(shí)，Kaiser效應(yīng)逐漸消失，F(xiàn)elicity效應(yīng)出現(xiàn)，應(yīng)力水平越大，內(nèi)部裂紋擴(kuò)展越不穩(wěn)定。

4)圍壓對煤樣有橫向束縛作用，循環(huán)加卸載卸圍壓(TCU)過程中，圍壓越低，卸圍壓時(shí)煤樣完全失穩(wěn)后破碎程度越高，圍壓越高，煤樣變形受圍壓限制呈拉剪破壞，破碎程度越低。

5)循環(huán)加卸載(TC)試驗(yàn)中，相對應(yīng)力水平達(dá)到60%，煤樣損傷加劇，彈性應(yīng)變能占比逐漸減??；圍壓越大，煤樣破壞時(shí)沖擊能指數(shù)越小，三軸循環(huán)荷載(TC)沖擊能指數(shù)<常規(guī)三軸(T)沖擊能指數(shù)<三軸循環(huán)荷載卸圍壓(TCU)沖擊能指數(shù)<常規(guī)三軸卸圍壓(TU)沖擊能指數(shù)，圍壓限制煤體橫向變形，減弱沖擊能釋放速率。