采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (3): 625-635.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2023.0310
杨科1,2,张寨男1,华心祝1,吕鑫1
摘要： 为探究废弃矿井地下水库人工坝-煤组合体强度劣化失稳机制,建立考虑倾角与含水共同作用的组合体强度劣化失稳模型,开展5种倾角和3种含水率下的组合体单轴压缩试验,分析倾角与含水共同作用下人工坝-煤组合体强度、裂纹演化及失稳破坏特征,探讨倾角、含水率及其共同作用下人工坝-煤组合体强度失稳机制及其主控因素。构建考虑人工坝-煤组合体“三区”强度、界面粗糙度与界面黏结特性的强度模型,并验证模型可靠性。与干燥试样不同,饱和试样平均单轴抗压强度在0°～60°时逐渐减小,在60°～90°时逐渐增大,在60°达到极小值,水的存在降低了单轴抗压强度转折点。在倾角与含水率共同作用下,人工坝-煤组合体在界面倾角30°～45°之间存在“饱和诱失点”,而在45°～60°之间存在“干燥诱失点”,这是“三区”强度共同作用的结果。随着界面倾角增大,人工坝-煤组合体逐渐由以拉-剪复合破坏为主转变为界面滑移破坏。分析CR-90试样时,除考虑“三区”强度外,人工坝与煤体的变形差异诱发的界面不均匀变形也是决定其破坏模式的关键因素。含水会削弱人工坝-煤组合体“三区”强度,不仅会侵蚀、润滑和软化人工坝区与煤区的力学特性,还会影响界面连通区稳定性,降低界面粗糙度,继而削弱界面黏结特性,使人工坝-煤组合体整体稳定性降低。基于Drucker-Prager强度准则,建立人工坝-煤界面区强度表达式,定性分析界面区破坏失稳的多因素性,综合认为界面应力状态是导致人工坝-煤组合体强度失稳的主要因素。不同倾角下，含水人工坝-煤组合体在界面倾角为0°～45°，45°～60°和60°～90°时,影响组合体强度失稳的主控因素分别为界面倾角、含水率和界面倾角。研究成果可为废弃矿井地下水库人工坝煤组合体的稳定性控制提供理论依据。
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