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摘要
煤岩体具有极为复杂的非连续变形、非均质性特征，以有限元法为代表的传统数值方法难以准确描述其损伤累积、渐进破坏全过程。基于非局部近场动力学方法（Peridynamics， PD），通过重构本构力函数核函数，推导了相应的微模量函数与临界伸长率。在均匀离散模型中引入用随机预断“键”表征的非均质性，使近场动力学方法能够适用于天然非均质材料与结构的非连续变形破坏分析。以付村煤矿为例，建立了近场动力学数值计算模型，分析了不同煤柱宽度条件下巷道围岩变形、破坏规律以及煤柱破损特征。研究发现：当煤柱宽度为5 m时，巷道煤壁处于挤压变形区边缘，由于支承压力剧烈变化，巷帮变形破损严重；煤柱宽度增大至6 m和7 m时，巷道煤壁逐渐远离挤压变形区，煤柱受到采空区基本顶回转运动的影响相对减弱，巷帮变形和破损量较小；当煤柱宽度继续增大，巷道围岩将进入到应力增高区域，由于外应力场支承压力较大，巷帮变形及破损量会随之增大。综合考虑巷道围岩变形破坏、煤柱破损特征，最终确定煤柱留设宽度为7 m。本文工作表明，提出的煤岩体破损分析的近场动力学模型能够有效描述煤岩体的损伤累积和渐进破坏过程，为沿空掘巷护巷煤柱尺寸优化提供了新的计算工具。
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