煤體結構面剪切力學特性的數值模擬研究

趙 科

(1.中煤科工開采研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭科學研究總院 開采研究分院，北京 100013；3.天地科技股份有限公司 開采設計事業部，北京 100013)

0 引 言

在大型路橋工程、地下礦山工程的煤巖體中廣泛存在著各種結構面，某些條件下，結構面的存在會對煤巖體的整體力學性質起到控制性的作用，諸如大范圍結構面失穩引起的地質滑坡、斷層活化引起的煤礦沖擊地壓災害等都受到煤巖體中結構面自身抗剪切能力的影響[1-2]。與沉積類巖體不同的是煤層中除了層理結構面外，層理之間還發育有相互垂直的面割理和端割理，面割理、端割理及層理3者在空間關系上近乎相互垂直分布，大量層理、割理等結構面的存在也是導致煤礦巷道圍巖較破碎，完整性差的原因之一[3-4]。對結構面形貌、強度、變形等參數的研究是進行煤巖體力學特性分析及穩定性評價的基礎，針對巖體結構面，國內外眾多研究者已取得了大量成果，BARTON等[5-6]基于大量天然結構面的輪廓測量和直剪試驗提出了著名的JRC-JCS剪切強度模型，文獻中分別采用不同測量方法提出了相應的巖石結構面的二維或三維表征方法[7-9]。國內外學者通過歸納總結大量巖石結構面的試驗數據建立了結構面剪切強度與其形貌特征間的本構模型[10-12]，杜守繼等[13]通過對花崗巖和砂巖結構面進行不同剪切位移條件下的直剪試驗，得出了結構面在不同剪切位移下的粗糙度變化情況，曹平等[14]通過對水泥砂漿配制的結構面試塊進行剪切試驗，得出了剪切強度與法向力和表面形貌間的關系?！?br>