单轴压缩下尾砂胶结充填体细观能量耗散与损伤表征研究

作     者：程爱平 舒鹏飞 邓代强 周成颂 黄诗冰 叶祖洋 CHENG Aiping;SHU Pengfei;DENG Daiqiang;ZHOU Chengsong;HUANG Shibing;YE Zuyang

作者机构：武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 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北京100083 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 

出 版 物：《采矿与安全工程学报》 (Journal of Mining & Safety Engineering)

年 卷 期：2022年第39卷第6期

页      面：1227-1234页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51604195,51764009) 湖北省自然科学基金项目(2018CFC818) 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室开放基金项目(ustbmslab201704) 贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑2836)。 

主　　题：尾砂胶结充填体 颗粒流程序 能量耗散 残余应变能 损伤演化 

摘      要：尾砂胶结充填体在两步骤回采中充当人工矿柱支撑采场顶板,其稳定性对矿柱的安全回采至关重要。基于室内试验进行尾砂胶结充填体细观参数标定,建立了尾砂胶结充填体颗粒流模型,开展了单轴压缩下尾砂胶结充填体细观力学特性研究,构建了尾砂胶结充填体细观能量指标体系,探讨了尾砂胶结充填体细观能量演化及耗散特征,揭示了尾砂胶结充填体破坏形式;结合能量耗散理论,考虑残余应变能影响,引入修正系数λ,提出了改进的损伤变量D,较好地表征了尾砂胶结充填体损伤演化过程。研究结果表明:尾砂胶结充填体细观能量主要由边界能输入,一部分通过能量积聚转化为平行黏结应变能和线性应变能,另一部分通过能量耗散转化为黏结阻尼能、摩擦能、介质阻尼能和动能;尾砂胶结充填体细观能量演化过程具有阶段性特征,包括能量积聚和能量释放两个阶段,在能量耗散阶段体现明显的延性破坏特征;尾砂胶结充填体细观损伤表象为颗粒错动和黏结破坏,考虑残余应变能的改进损伤变量更准确,能较好地反映尾砂胶结充填体延性特征。研究成果可为尾砂胶结充填体稳定性控制提供理论指导。