不同卸荷速率下充填体真三轴力学行为及能量耗散分析

摘要

胶结充填体在阶段嗣后充填采矿法中起关键作用，但其卸荷过程中的力学响应研究较少.为探究复杂应力环境下卸荷速率对充填体力学行为及失稳破坏机制的影响，本研究设计了真三轴卸荷实验，采用3、4、6、8 kPa?s^-1四种不同卸荷速率，对细尾砂胶结充填体进行了加卸荷实验.实现了三个方向应力独立变化的加卸荷过程，结合CT扫描技术获取充填体内部裂纹的三维分布和形态，并基于能量耗散原理分析卸荷速率对充填体能量分布的影响.必要实验参数包括充填体轴向应力、应变，充填体弹性能、耗散能，裂纹的三维重构结果以及裂纹在σ₁、σ₂、σ₃三个方向的分布曲线.结果表明：在卸荷过程中，充填体所承受的应力状态发生显著变化.对于本研究中的充填体，随着卸荷速率的增加，充填体内部的应力重分布变得更加剧烈.随着卸荷速率的增大，充填体的轴向峰值应力减小，充填体轴向峰值应力点对应的耗散能占比增大，充填体损伤程度增大.研究结果为优化采矿设计和提高工程安全性提供了科学依据.

关键词

真三轴卸荷实验 / 细尾砂胶结充填体 / 能量耗散 / CT扫描 / 三维重构

基金资助

国家重点研发计划资助项目（2022YFC2905003）