岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (11): 3501-3512.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1581CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1581
孙思瑞1, 2, 3,杜献杰1, 2, 3, 4, 5,冯国瑞1, 2, 3, 6,刘文昊1, 2, 3, 7,王军1, 2, 3
SUN Si-rui1, 2, 3, DU Xian-jie1, 2, 3, 4, 5, FENG Guo-rui1, 2, 3, 6, LIU Wen-hao1, 2, 3, 7, WANG Jun1, 2, 3
摘要: 在结构充填开采中,“充填体-直接顶”复合承载结构会因采充速度等条件的不同,承受不同加载速率的载荷。按0.15~2.40 mm/min的加载速率分别对5组“粉砂岩-充填体”岩充组合体进行单轴压缩试验,进行数字图像相关技术与声发射监测,并分析其能量损耗演变特征。由试验可知,粉砂岩的强度显著大于组合体与充填体的强度,组合体的强度相较于粉砂岩更接近充填体的强度。加载速率为0.60 mm/min时,试件强度达到最高,为该组试验的临界加载速率。在组合体加载速率为0.15~0.60 mm/min时实现了试件的协同变形破坏,而加载速率为1.20~2.40 mm/min时未能实现协同变形破坏,组合体试件最终破坏模式为拉剪混合破坏模式。当加载速率低于0.60 mm/min时,岩充组合体试样中由于粉砂岩与充填体的强度差异以及两者接触界面非均匀变形共同作用下,出现贯穿试件整体大裂纹。当加载速率小于0.60 mm/min时,组合体的峰前耗散比大于充填单体。通过计算岩充组合体在不同加载速率下的储能系数与储能极限发现,当加载速率小于0.60 mm/min时,加载速率越大,组合体试件的储能极限越高,而吸收弹性能的速度也在同步上升,最后充填体部分率先发生破坏,其瞬间破坏释放的能量被传递到组合体的砂岩部分中,使粉砂岩部分所吸收的弹性能可达到储能极限,充填体部分中裂纹扩展贯通至砂岩内部,实现协同破坏;研究结果以期为保障煤矿结构充填开采的开采率与安全性提供指导性意见。
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