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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 岩石流变理论研究进展2

1.2.2 岩石损伤本构模型研究现状7

1.2.3 稳定性问题研究现状概述10

1.2.4 瓦斯渗流及固气耦合研究现状12

第2章 含瓦斯煤岩力学性质、蠕变特性以及渗透特性的实验研究15

2.1 实验系统描述15

2.2 试样制备17

2.3 实验准备18

2.4 含瓦斯煤岩力学性质的实验研究19

2.4.1 含瓦斯煤岩变形特性研究19

2.4.2 含瓦斯煤岩三轴抗压强度研究23

2.4.3 含瓦斯煤岩破坏形式研究25

2.5 含瓦斯煤岩蠕变特性实验研究27

2.5.1 煤岩蠕变的一般规律27

2.5.2 含瓦斯煤岩蠕变试验结果与分析28

2.5.3 衰减蠕变阶段30

2.5.4 稳态蠕变阶段34

2.5.5 加速蠕变阶段38

2.6 含瓦斯煤岩渗透特性实验研究39

2.6.1 实验结果40

2.6.2 围压对含瓦斯煤岩渗透率的影响40

2.6.3 瓦斯压力对含瓦斯煤岩渗透率的影响42

2.6.4 应力-应变全过程对含瓦斯煤岩渗透率的影响43

第3章 含瓦斯煤岩非线性黏弹塑性流变模型研究52

3.1 岩石类材料流变模型52

3.1.1 三种基本元件52

3.1.2 组合模型55

3.2 流变模型的三维本构关系63

3.2.1 黏弹性问题的对应原理63

3.2.2 黏弹性三维本构关系65

3.2.3 黏弹塑性模型三维本构关系66

3.3 流变模型辨识67

3.3.1 系统辨识概述67

3.3.2 岩石类材料流变模型类属68

3.3.3 流变模型参数确定69

3.3.4 流变模型结构参数的确定71

3.3.5 流变模型验证72

3.4 含瓦斯煤岩非线性黏弹塑性流变模型72

3.4.1 线性黏弹性流变模型72

3.4.2 非线性黏弹塑性流变模型74

3.5 含瓦斯煤岩三维非线性流变模型77

3.5.1 含瓦斯煤岩一维流变模型77

3.5.2 含瓦斯煤岩三维流变模型78

3.5.3 含瓦斯煤岩三维流变模型参数确定及实验验证79

第4章 含瓦斯煤岩弹塑性耦合损伤本构模型研究81

4.1 连续介质力学基本方程及内变量理论81

4.1.1 连续介质力学基本方程81

4.1.2 内变量理论83

4.2 连续介质损伤力学基本概念及理论85

4.2.1 损伤变量85

4.2.2 损伤有效应力86

4.2.3 损伤热力学基础88

4.2.4 损伤的度量92

4.2.5 损伤动力学演化规律94

4.2.6 弹（黏）塑性变形损伤耦合98

4.3 弹塑性本构模型基本理论101

4.3.1 屈服面与后继屈服面102

4.3.2 岩石类材料的强化规律102

4.3.3 塑性流动法则104

4.3.4 加载准则108

4.4 含瓦斯煤岩有效应力原理109

4.4.1 不考虑损伤的含瓦斯煤岩有效应力109

4.4.2 考虑损伤的含瓦斯煤岩有效应力112

4.5 含瓦斯煤岩弹塑性耦合损伤本构模型的建立113

4.5.1 热力学框架113

4.5.2 弹塑性描述115

4.5.3 各向异性损伤描述116

4.5.4 模型参数的确定与实验验证117

4.6 本章小结120

第5章 含瓦斯煤岩固气耦合动态模型与数值模拟研究122

5.1 基本假设122

5.2 孔隙度与渗透率的动态模型122

5.3 有限单元法基本方程124

5.4 平衡方程127

5.4.1 平衡方程基本格式127

5.4.2 平衡方程空间离散化128

5.4.3 平衡方程时间离散化130

5.5 连续性方程131

5.5.1 连续性方程基本格式131

5.5.2 连续性方程空间离散化134

5.5.3 连续性方程时间离散化136

5.6 总体控制方程137

5.7 多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics简介137

5.7.1 软件的组成及功能模块138

5.7.2 COMSOL-Multiphysics建模过程140

5.7.3 COMSOL-Multiphysics软件特征141

5.8 含瓦斯煤岩固气耦合COMSOL有限元数值模拟141

5.8.1 模型简化与假设141

5.8.2 含瓦斯煤岩本构模型及参数143

5.8.3 模型计算尺寸及边界条件144

5.8.4 有限元模型计算结果与分析145

5.8.5 考虑Klinkenberg效应的有限元模型计算结果与分析152

5.9 本章小结153

第6章 含瓦斯煤岩失稳准则及判据研究154

6.1 含瓦斯煤岩失稳分析154

6.2 初等突变理论概述156

6.2.1 重要概念156

6.2.2 初等突变理论的应用159

6.2.3 突变图形分析161

6.2.4 利用尖点突变模型解决问题的一般步骤162

6.3 含瓦斯煤岩尖点突变失稳模型162

6.3.1 Cook刚度判据与岩体系统动力失稳现象的基本特征162

6.3.2 试验机-试样系统的分析模型163

6.3.3 含瓦斯煤岩蠕变失稳尖点突变模型164

6.4 岩石类材料强度准则167

6.4.1 Coulomb强度准则167

6.4.2 Hoek-Brown强度准则169

6.4.3 Mohr强度准则171

6.4.4 Griffith强度准则173

6.4.5 Drucker-Prage强度准则175

6.4.6 Murrell强度准则177

6.4.7 幂函数强度准则178

6.4.8 双剪统一强度准则179

6.5 中间主应力的影响180

6.5.1 中间主应力对岩石强度的影响180

6.5.2 中间主应力对岩石变形的影响182

6.6 含瓦斯煤岩强度准则182

6.6.1 含瓦斯煤岩强度准则的提出182

6.6.2 含瓦斯煤岩强度准则的实验验证185

6.7 本章小结186

第7章 煤与瓦斯突出模拟实验研究187

7.1 煤与瓦斯突出模拟实验系统的研制187

7.1.1 煤与瓦斯突出模拟实验系统研制进展187

7.1.2 煤与瓦斯突出模拟实验系统研制思路187

7.1.3 煤与瓦斯突出模拟实验系统189

7.2 煤与瓦斯突出模拟实验研究193

7.2.1 煤与瓦斯突出模拟实验准备过程193

7.2.2 煤与瓦斯突出模拟实验研究196

7.3 含水率对煤与瓦斯突出强度影响的实验研究200

7.4 不同荷载条件下煤与瓦斯突出强度的实验研究204

7.5 本章小结208

参考文献209