分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律

唐亚男^1,2，付建新^1,2，宋卫东^1,2，张永芳^1,2

1. 北京科技大学土木与资源工程学院2. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室

摘 要：在进行大尺寸采空区嗣后充填过程中,胶结充填体易出现分层等结构现象.为深入分析结构特征对胶结充填体力学特性及裂纹演化规律的影响,首先制作中间层高度比为0.2、0.4、0.6和0.8,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10的分层胶结充填体试件,然后利用GAW–2000伺服试验系统开展单轴压缩试验,最后借助二维颗粒流软件(PFC–2D),分析胶结充填体内部裂纹分布规律.结果表明:(1)分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系;弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系;单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增加而减小、随灰砂比的增大而增大,且两者对灰砂比敏感度更高.(2)充填体内部裂纹演化曲线先缓慢上升,达到单轴抗压强度的80%左右时快速上升,且灰砂比越大、高度比越大,上升速度越快,拐点到来越早,充填体试件越易发生破坏,超过单轴抗压强度后曲线开始迅速下降.(3)分层充填体主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏,且破坏主要集中于中间软弱层;高度比越大,试件内部裂纹越密集,灰砂比越大,裂纹越易向两端演化.

关键词：阶段嗣后充填;分层胶结充填体;单轴抗压强度;裂纹演化规律;