卸荷作用下煤岩异性结构面失稳机制研究

摘要

目前针对岩体结构面滑移失稳方面的研究未考虑开挖过程中的卸荷效应,且对煤岩异性结构面的研究较少。为了探究触发煤岩异性结构面滑移的条件及其影响因素,通过建立异性结构面力学模型,理论推导了卸荷作用下异性结构面解锁滑移的判据,采用通用离散单元法程序(UDEC)建立平滑结构面数值模型,以验证理论分析异性结构面解锁滑移触发条件的准确性,分析异性结构面解锁滑移的影响因素。研究结果表明:煤岩异性结构面解锁滑移与结构面倾角、内摩擦角及水平应力与轴向应力的比值有关;当水平应力等于轴向应力时,异性结构面始终处于稳定闭锁状态,不会发生解锁滑移;水平应力和轴向应力增大、内摩擦角减小均会增大异性结构面解锁滑移难度;对于下行解锁滑移,当结构面倾角小于45°+φf/2(φf为内摩擦角)时,其增大会增大解锁滑移难度,大于45°+φf/2时其增大会减小解锁滑移难度;对于上行解锁滑移,当结构面倾角小于45°-φf/2时,其增大会增大解锁滑移难度,大于45°-φf/2时其增大会减小解锁滑移难度;对于异性结构面稳定闭锁状态,结构面倾角不大于30°时,若轴向应力大于抗压强度,则煤岩组合体发生脆性破坏。