橡胶颗粒混凝土循环加卸载力学特性及初期支护应用的数值模拟研究

摘要

为探究橡胶颗粒混凝土循环加卸载力学特性，本文对大量橡胶颗粒侧面形状进行了统计分析，提出了橡胶颗粒的平面模型生成方法。基于此，采用颗粒流软件（PFC2D）分析了双轴应力状态下循环荷载的上限应力、下限应力和循环周次对橡胶颗粒混凝土（RPC）力学特性和声发射特征的影响。基于连续-非连续耦合数值方法，深入研究了橡胶颗粒混凝土在巷道初期支护中的应用效果。研究表明，RPC峰值强度与损伤特征受循环荷载上限应力及加载周次影响明显。当上限应力由0.8σ_f提升至1.4σ_f时，峰值强度增幅达39.5%，声发射累计事件数从9次增至108次。循环周次增加使声发射事件数增加177%，但峰值应力稳定在11.22 MPa，弹性模量保持在1.8 GPa。相比之下，下限应力在0.2σ_f-0.5σ_f时，峰值应力均为8.04 MPa，峰值应变稳定在0.45%，声发射事件累计次数均为9次，表明下限应力对RPC性能影响较小。此外，工程尺度下的数值结果表明，RPC作为巷道初期支护材料时，通过弹性变形耗能机制优化应力分布，能有效降低围岩及二次衬砌的应力水平，避免了应力集中现象发生，为深部高应力软岩巷道的初期支护提供了有益参考。

关键词

橡胶颗粒混凝土 / 循环荷载 / 力学特性 / 声发射 / 初期支护

基金资助

山东省自然科学基金青年基金资助项目（ZR2023QE229）; 岩土力学与工程安全全国重点实验室资助项目（SKLGME022024）