充填体破坏特征的聚类分析及数值模拟

作     者：陈兵 刘忠平 高亮 张哲鹏 翟迪 

作者机构：西安科技大学能源学院 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司 陕西陕煤榆北煤业有限公司榆林信息化运维分公司 陕西开拓新矿业工程有限公司  3. 西安绿色矿业研究院有限公司 

出 版 物：《矿业安全与环保》 (Mining Safety & Environmental Protection)

年 卷 期：2023年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52074208 51874230) 

主　　题：矸石胶结充填体 声发射 单键群方法 损伤变量 空间相关长度 数值反分析 

摘      要：充填体的破坏是影响矿山安全稳定的重要因素。为研究充填体的破坏特征,通过室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:特征键(微裂纹)平均键长能量分别超过35/50/60/150 ms·mV时, GCPB试样宏观主裂纹面出现,且主裂纹破坏面随水泥(PC)掺量的增加由张拉破坏面向剪切破坏面转变;破坏过程中特征键子集尺度Ω与损伤变量D之间呈负线性关系,Ω值可表征充填体损伤演化程度;在应力达到峰值应力和破坏后残余强度前键长值特征空间相关长度ξ表现为明显增长,为充填体宏观损伤的开始及第一次破坏结束的前兆特征;通过PFC数值模拟,可以有效观测到裂纹类型和变化规律,与聚类结果有着较好的一致性。