煤岩动态损伤本构模型

描述冲击损伤演化

基于威布尔分布改进的Z-W-T模型，引入冲击倾向指数，能更准确描述煤岩在冲击载荷下的损伤演化与动态力学行为。

Zhang, Kun · 任建喜 · Zhang, Sen · 云梦晨

Scientific Reports 2025

技术优势

一种模型覆盖多个应变率

通过引入冲击倾向指数并基于威布尔分布改进Z-W-T模型，该模型能同时描述峰值应力与应变率的线性关系、峰值应变与应变率的对数关系，无需逐速率分段标定。

损伤演化描述准确

模型与试验结果吻合良好，能够描述煤岩在冲击载荷下的损伤演化规律，为数值仿真提供可靠的本构输入。

揭示拉伸破坏模式

高速摄影结合三波法分析表明，煤岩在高频动载下主要呈拉伸破坏，为支护设计关注的破裂机制提供了试验依据。

应用场景

• 深部煤炭开采：深部开采面临冲击动载，模型可预测煤岩动态响应，支撑安全开采设计。
• 冲击地压预测：损伤模型可量化冲击载荷下煤岩损伤程度，为冲击地压危险性评估提供依据。
• 岩石动力学测试：模型来自SHPB试验数据，可直接用于分析动载下煤岩应力应变关系。
• 矿井支护设计：揭示拉伸破坏模式，指导支护结构抵抗动载拉应力，优化支护参数。