开挖卸荷条件下煤岩变形破坏与能量释放的数值分析

孙华飞¹，杨永明¹，鞠杨^2,3，张钦刚¹，彭瑞东^1,2

1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室3. 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

摘 要：煤岩原始存在着大量不规则无序分布的节理/裂隙和软弱夹层等断续结构,这些断续结构的几何形态、尺寸、分布、接触以及填充物性质决定着煤岩的物理力学性能与变形破坏行为。现有的数学或力学方法尚不足以从理论上准确刻画断续结构及其对煤岩变形破坏的控制作用。本文采用高精度CT成像和三维重构方法,构建了体现不连续节理/裂隙的不规则几何形态、接触与切割状态以及网络结构特征的断续煤岩三维数值模型,引入单元生死算法定量分析和直观显示了不同开挖卸载模式下断续煤岩变形破坏的应力场、破坏区域及空间分布、能量耗散与能量释放特征,揭示了卸载模式、断续节理/裂隙对煤岩力学性质及破坏机制的影响,为认识和掌握开挖卸荷对断续煤岩变形破坏的控制作用提供了方法和途径。

关键词：三维数值模型;断续煤岩;CT成像;变形破坏;卸载;