側(cè)限壓縮過程中散體矸石變形及破碎特征研究

肖 博，李永亮，李 進(jìn)，王宇軒，王梓旭

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083)

0 引 言

固體充填開采是一種以固體混合材料作為充填承壓結(jié)構(gòu)的綠色礦山開采技術(shù)，其中的骨料多采用各種粒徑復(fù)合的矸石[1-2]。矸石屬于散粒體材料，原生級配較差，孔隙率高，利用其進(jìn)行固體充填時易產(chǎn)生較大的壓縮量，充填率低，充填效果較差。矸石在壓縮過程中，內(nèi)部顆粒會發(fā)生破碎，進(jìn)而影響充填體的抗變形能力。因此，有必要對散體矸石壓縮變形、孔隙率和破碎程度三者之間的內(nèi)在聯(lián)系展開研究[3]，掌握孔隙率和破碎程度對壓縮變形的影響規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化固體充填骨料配比，提高充填體抗變形性能。此外，當(dāng)散體矸石進(jìn)入采空區(qū)成為充填體時，水平方向由于受到圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)極強(qiáng)的約束作用，幾乎不發(fā)生變形，垂直方向在上覆巖層的重力作用下，變形較為明顯，因此散體矸石在側(cè)限壓縮過程中的變形特性在工程實踐中受到了更多的關(guān)注[4]。

目前，已有較多學(xué)者對散體矸石的壓實特性和破碎特性展開了研究。肖猛等[5]研究了粒徑級配、加載速率對散體矸石壓實特性和側(cè)壓系數(shù)的影響規(guī)律，并確定了試樣的顆粒流細(xì)觀參數(shù)；Pappas和Mark[6]對采空區(qū)垮落巖塊的壓實特性進(jìn)行了研究，并采用Salamon和Terzaghi公式表征碎石的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系；馬丹等[7]對側(cè)限壓縮下破碎矸石滲透特性的研究中發(fā)現(xiàn)孔隙率隨著壓縮位移的增加而減小，較小顆粒充填到較大顆粒的孔隙中，是混合粒徑試樣初始孔隙率減小的主要原因；……