Page 172 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 吝曼卿，等： 缓倾结构面岩体在梯度应力作用下的岩爆模型 第 6 期

Tangential stresses
Tangential stresses

σ 1-1
σ 1-2
σ 1-1 σ 1-2 σ 1-3 σ 1-4 σ 1-3
σ 1-4
After
excavation Structural plane
Structural plane
σ 3 σ 3
σ 2
σ 2

Bottom Excavation disturbance area Bottom Excavation disturbance area

(a) Diagram of stress distribution before excavation (b) Diagram of stress distribution after excavation

图 1 试验原理示意图
Fig. 1 Schematic diagrams of rockburst testing principle

1.2 试件准备
根据现场调研，湖北某磷矿在井下开采时 400 mm
产生不同程度的岩爆现象。该磷矿岩层呈现缓
倾斜分布，倾斜角度为 5°～27°，且矿床中的磷矿
层因沉积作用，内部赋存天然无充填硬性结构 Pressure-
relief α
面 。 通 过 综 合 分 析 ， 制 作 了 尺 寸 为 4 0 0 m m × surface 600 mm
600 mm×1 000 mm 的含硬性结构面的大尺寸试
件，如图 2 所示。选取 5°、15°和 25°等 3 种结构
面倾角开展研究，结构面层数为 3 层，试件编号
分别为 A5、A15、A25。通过前期试验 [16-18] 经 1 000 mm
验，选取水与石膏的质量比为 0.8∶1 制作试件模
图 2 试件示意图
型，材料参数如表 1 所示。试件浇筑过程中，利
Fig. 2 Schematic diagram of rock mass sample
用厚度为 1 mm、长度为 500 mm 的高强度铝板，
按照事先标注好的位置进行插片预制非充填硬性结构面，插片时间为 30 s。按此方法制作含 15°缓倾结
构面的单轴试件和含水平贯通结构面的直剪试件，分别进行单轴抗压试验和直接剪切试验，与完整试件
相比，含硬性结构面试件的单轴抗压强度下降了 22.3%，峰值抗剪强度下降了 31.4%，内摩擦角由 31.6°减
小至 26.7°，黏聚力由 2.39 MPa 下降至 1.49 MPa。

表 1 试件模型材料参数
Table 1 Model material parameters
材料名称 泊松比 弹性模量/GPa 单轴抗压强度/MPa 岩爆倾向性W et
完整模型 0.221 1.268 9.6 9.8
含15°缓倾结构面模型 0.274 1.154 7.4 6.5
磷块岩 0.249 22.230 81.9 9.4
1.3 试验系统

试验系统由岩爆模拟装置、声发射监测模块、红外监测模块、DIC 应变监测模块以及高速摄影监测
模块组成，如图 3 所示。

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