胶结充填体与围岩粗糙接触面剪切特性研究

The shear characteristics of the interface between the surrounding rock and the backfill have a significant influence on the backfill-rock interaction, the stress distribution state and strength requirement of the backfill. In this project, this topic is intended to be carried out by the laboratory test and theoretical analysis. First of all, the backfill-rock interface direct tests are applied to study mechanical properties of the interface under various normal stress, backfill strength and roughness conditions, then the shear deformation mechanism, strength and failure characteristics are analyzed. Secondly, the quantitative relationship between the bonding strength of the interface and the backfill strength, interface roughness and normal stress is established to obtain the interface shear strength formula. Finally, based on the rough interface deformation mechanism, the backfill-rock interface constitutive model is established according to the statistical damage theory, and the model parameters are obtained by fitting the experimental results.

充填体与围岩接触面的剪切特性对于两者之间的相互作用、充填体内部应力分布状态以及充填体强度需求计算具有显著影响，本课题拟采用室内试验和理论分析相结合的方法开展相关研究工作。首先，开展充填体与岩石接触面直剪试验，研究不同法向应力、不同充填体强度、不同粗糙度条件下接触面力学特性，分析接触面的剪切变形机理、强度特性和破坏特征；其次，建立接触面黏结强度与充填体强度、粗糙度和法向应力的定量关系式，得到接触面峰值抗剪强度公式，并利用实验结果验证公式的合理性；最后，根据粗糙接触面变形机理，基于统计损伤理论建立充填体与围岩接触面的本构模型，并根据实验结果拟合获取模型参数。

项目主要围绕充填体与围岩粗糙接触面的剪切特性开展研究，围绕着计划任务书制定的主要研究内容和关键科学问题，首先开展了全尾砂充填体的流动和力学特性试验研究，分析了水灰比、固体含量和龄期等因素对充填体流变参数和强度参数的影响规律，并构建了考虑多因素跨度的敏感性参数，定量分析了各因素对与充填体力学特性参数的影响；其次，研制了一套可实现剪切过程可视化的直剪仪，分析了粗糙度影响下充填体-岩石界面剪切特征和破坏机制，揭示了界面剪切过程的裂纹扩展和细观损伤演化机制，并建立了考虑界面粗糙度的抗剪强度预测模型；最后，开展了充填体与围岩相互作用的双轴加载试验，分析了两者间界面摩擦力对于矿柱-充填体复合承载结构承载力的影响规律，揭示了矿柱-充填体协同承载机制。相关研究成果在为山东黄金新城金矿和阿尔哈达金矿的充填开采设计和采场稳定行分析提供了理论基础。