破碎围岩注浆加固体承载特性与损伤破坏机制

作者：冯国瑞; 马敬凯; 李竹; 戚庭野; 崔家庆; 郭伟; 赵彦同; 侯斌

来源：煤炭学报, 2022, 1-13.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.1265

• 注浆加固体
• 峰值强度
• 峰后应变软化
• 损伤本构
• 声发射
• 应变集中带

注浆加固是提升破碎围岩整体性及其承载性能的重要途径，破碎围岩注浆加固体强度、损伤变形及其破坏特征决定着加固体抵御外载扰动并维持围岩稳定的能力。选用不同粒径的破碎岩体并注入不同浓度水泥净浆，自凝固形成破碎围岩注浆加固体。基于声发射监测和DIC变形测量技术，探究破碎围岩注浆加固体力学承载机制，掌握“声发射-应力-表面位移”耦合规律及其动态响应特征，阐明注浆对破碎围岩承载能力的强化效应及加固体二次承载损伤破坏失稳机制，据此建立破碎围岩注浆加固体承载损伤本构模型。结果表明：(1)注浆加固体峰值强度随着粒径的增大而减小，随着水灰比的提高而降低。以水灰比0.4为例，粒径从5～10mm增加到20～30mm，注浆加固体强度从23.99MPa降低到19.30MPa，降幅达19.55%；以破碎岩石粒径为5～10mm为例，水灰比从0.4增加到0.6，加固体强度从23.99MPa降低到14.83MPa，降幅达38.18%。此外，注浆加固体峰后阶段并未发生典型岩石材料的脆性破坏，应力-应变峰后曲线多次“起伏式”下降，呈现出良好的延展性和韧性变形特征。(2)声发射振铃累计次数曲线表现出明显的“上升期-活跃期-平静期”三个阶段。注浆加固体中破碎体粒径越小，上升期跨度越大，平静期声发射事件相对越频繁；浆液水灰比越高的加固体，声发射振铃次数总体水平越低。(3)基于声发射b值和DIC的联合监测，发现了声发射b值和注浆加固体试件内部裂缝尺度的对应关系，即“小b值大裂缝”和“大b值小裂缝”，且粒径大小与加固体试件裂缝尺度正相关，粒径越大，裂纹发育及扩展越明显，表面大应变集中带分布范围更广，裂纹开度更大，损伤破坏更严重。(4) 根据测得的注浆加固体弹性模量、峰值应力和峰值应变，建立了破碎围岩注浆加固体损伤本构方程，据此可以预测不同粒径的破碎岩体和不同浆液浓度形成的注浆加固体力学强度，以期为注浆加固体强度设计及工程岩体稳定性评价提供参考。

• 单位
  太原理工大学; 浙江大学