煤炭科学技术

作者：蒋力帅, 杨一鸣, 赵阳, 李皓哲, 吴琦, 彭晓涵,

关键词：动力荷载, 砂型3D打印, 内部裂隙, 动态力学特性, 能量耗散, 分形维数,

深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育，在深部复杂力学环境下易发生动力灾害，研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响，通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验，使用高速摄像机观察裂纹发育情况，并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明：随着内部裂隙倾角角度增加，类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大，均在30°时最低；随着裂隙数量的增多，垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙；试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律，裂隙倾角较小时，松散充填物的存在会加剧应力波衰减，使能量耗散增加，随裂隙倾角增加，充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小；相同裂隙倾角下，随裂隙数量的增加，垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙，与试样动态峰值应力呈正相关；随着裂隙倾角的增大，试样的分形维数先增加后减小，30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大，试样的分形维数最大；裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀，试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律，为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础，对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。

来源：2025年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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