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

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2021.0306

采矿与安全工程学报 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (6): 1227-1234.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2021.0306

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

程爱平，舒鹏飞，邓代强，周成颂，黄诗冰，叶祖洋

1. 武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉 430081； 2. 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； 3. 湘潭大学土木工程与力学学院，湖南湘潭 411105； 4. 贵州理工学院矿业工程学院，贵州贵阳 550003

出版日期:2022-11-15 发布日期:2022-12-21
通讯作者: 程爱平 E-mail： chengaiping@wust.edu.cn Tel： 13100692541
作者简介: 程爱平（1986— ），男，湖北省仙桃市人，博士，副教授，从事岩土和采矿工程方面的研究。
基金资助:
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〔2018〕2836）

Study on mesoscale energy dissipation and damage characterization of cemented tailings backfill under uniaxial compression

Online:2022-11-15 Published:2022-12-21

摘要/Abstract

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。

关键词: 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

中图分类号:

TU 45

程爱平, 舒鹏飞, 邓代强, 周成颂, 黄诗冰, 叶祖洋. 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[J]. 采矿与安全工程学报, 2022, 39(6): 1227-1234.

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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

Study on mesoscale energy dissipation and damage characterization of cemented tailings backfill under uniaxial compression

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