不同角度层理煤样的力学特征与其波速关联性分析付英凯齐学元摘要：煤样中层理等较大尺度裂隙的分布对其力学性质影响显著。为明晰不同层理角度煤样各项物理力学参量间相互关系，首先按照不同层理角度分组加工煤样试件，然后测试完整煤样波速，并利用MTS815型岩石伺服刚性试验系统完成单轴实验，获得煤样各项力学参量，分析不同层理角度煤样各物理量间关联性。研究表明，煤体力学和声学特征各向异性突出：水平层理煤样强度约为其他2组煤样2倍，斜交层理煤样弹性模量及变形模量小于其他2组且离散性最大;随层理与煤样轴线夹角增大波速呈降低趋势，超声波在竖直层理煤样中传播最快，离散性也最高。对于同一层理角度煤样，强度、弹性模量及变形模量等力学参数与波速具有良好线性相关性，表明可以利用超声无损探测技术反演煤岩力学参数。关键词：岩石力学;层理角度;各向异性;超声波速;力学参量：TD324文献标志码：A：1672-9315（2021）04-0665-08DOI：10.13800/jki.xakjdxxb.2021.0412开放科学（资源服务）标识码（OSID）：CorrelationofmechanicalcharacteristicsandwavevelocityofcoalsampleswithdifferentbeddinganglesFUYingkai1，QIXueyuan2（1.KeyLaboratoryofWesternMineExploitationandHazardPrevention，MinistryofEducation，XianUniversityofScienceandTechnology，Xian710054，China;2.SchoolofMines，InnerMongoliaUniversityofTechnology，Hohhot010051，China）Abstract：Thispaperistoexploretheanisotropiccharacteristicsofcoalunderthebeddingandtoclarifytheinterrelationsamongvariousphysicalandmechanicalparameters.Firstly，thecoalsampleswereprocessedaccordingtodifferentbeddingangles，thentheultrasonicvelocityofthecompletecoalsampleswastested，andtheuniaxialexperimentwasconductedbytheMTS815rockservostiffnesstestsystemtoobtainthemechanicalparametersofcoalsampleswithdifferentbeddinganglesandtoanalyzetheinterrelationsbetweentheseparameters.Thestudyshowedthattheanisotropyofcoalmechanicsandacousticcharacteristicsisprominent：Thestrengthofcoalsampleswithhorizontalbeddingisabouttwicethatofcoalsamplesinanothertwogroups，andtheelasticmodulusanddeformationmodulusofcoalsampleswithobliquebeddingarelessthanthoseoftheanothertwogroups，andthediscretenessisthelargest.Withtheincreaseoftheanglebetweenthebeddingandthecoalsampleaxis，thewavevelocitydecreases，andtheultrasonicwavepropagatesthefastestwiththehighestdispersionintheverticalbeddingcoalsample.Forcoalsampleswiththesamebeddingangle，themechanicalparameterssuchasstrength，elasticmodulusanddeformationmodulushavegoodlinearcorrelationwithwavevelocity，indicatingthattheultrasonicnon-destructivedetectiontechnologycanbeusedtoobtainandanalyzethemechanicalparametersofcoals.Keywords：rockmechanics;beddingangle;anisotropy;ultrasonicvelocity;mechanicalparameters0引言超声波探伤测试通过提取、分析超声波穿过被探测材料时各项参数变化，即可间接获取待检测构件的物理力学性质及内部结构特征[1]。因其具有试验费用低、检测快速方便、对试件无损伤等优点，已广泛应用于材料力学性能以及结构特征的研究[2-4]。国内外学者在煤岩声学特性影响因素方面已进行大量研究，认为超声波传播特征可以很好反映煤岩体内部结构[5]。超声波在煤岩中传播受到诸多因素影响，例如由于纵、横传播自身传播特性差别而产生的波速差异[6-7]。但是由于煤岩内部结构差异而引起传播特征变化的研究更具有工程价值：王赟等分析不同变质程度煤的超声弹性特征[8];徐晓炼等认为层理等结构弱面是影响煤岩体超声波速的主要因素并提出煤样波速的层理效应[9];王文冰、HOLT、陈天宇等对不同层理方向煤岩进行波速测试发现平行层理和垂直层理2个方向上波速存在明显差异，指出随层理延展与声波传播方向夹角增大，波速呈降低趋势[10-12];密度是表征煤岩内部致密程度最...