岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (10): 3525-3536.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1143CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1143
程虹铭1,兰永青1,乔元栋1,杨小彬2,赵振宝3,郝泳旭1, 周敏甲1,杨泽远1
CHENG Hong-ming1, LAN Yong-qing1, QIAO Yuan-dong1, YANG Xiao-bin2, ZHAO Zhen-bao3, HAO Yong-xu1, ZHOU Min-jia1, YANG Ze-yuan1
摘要: 针对常规灌注式静态致裂煤岩体中致裂方向随机、能量利用效率低及冲孔频发等技术难题,提出了一种基于定向聚能结构的静态致裂方法,并通过搭建的静态致裂煤岩试验平台,系统开展了常规灌注、定向结构与定向聚能结构3种装药形式下的静态致裂对比试验。试验以晋北地区煤矿坚硬顶板砂岩为对象,采用人工类岩石材料制备含不同致裂钻孔的立方体试件,利用数字图像相关技术全程监测致裂裂纹动态扩展行为,引入平均裂纹起裂时间、平均破裂张开度和致裂裂纹扩展速率3个量化指标,综合评价不同装药结构下的静态致裂效果。结果表明,定向聚能结构可有效引导静态破碎剂膨胀应力沿预设方向集中释放,显著抑制能量散逸,实现裂纹的定向启裂与扩展。宏观上,定向聚能结构试验的试件破裂面更为平整、完整,表现出明显的定向发力―线式开裂―面式贯通三阶段演化特征;细观应变场显示,其位移梯度与应变集中程度远高于常规灌注式与定向结构试验,最大表观位移量达2.98 mm。以致裂孔径50 mm试件为例,其致裂裂纹起裂时间为23.8 min,平均破裂张开度为2.89 mm,裂纹扩展速率达1.46 m/s,较常规灌注式试验分别提升了36.2%、56.8%与99.3%,较定向试验分别提升了14.7%、51.7%与92.8%,验证了定向聚能结构在静态致裂中的力学优越性与工艺可行性,为静态致裂技术处置深部高应力、坚硬岩体弱化卸压提供了理论与试验依据。
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