围岩–充填体界面粗糙度表征与剪切错动破坏研究

金属矿充填开采过程中,充填体沉降或采掘扰动作用下,围岩与充填体界面存在剪切错动,影响采场稳定性。本文设计了围岩-充填体剪切错动试验方法,结合数字图像技术与三维激光形貌扫描技术,建立了一套粗糙节理面三维建模流程,基于剪切试验探究了基于自由节理面的围岩-充填体组合体剪切错动力学行为及破坏特征。提出的建模分析方法可获得粗糙面的三维分形维数、剖面线JRC均值、剖面线二维分形维数均值和断裂面表面曲率,通过相关性分析能够实现表面粗糙度的关联表征,进而通过JRC测算剪切强度。
试验剪切破坏特征显示：组合体剪切错动有3个破坏阈值点,分别位于峰前段位移30%–50%、峰前段位移70%–90%和峰前段位移100%后,可作为围岩充填体错动破坏判别的征兆;通过围岩表面JRC可判断围岩与充填体剪切错动峰后滑移、均匀变化、阶梯变化的类型,对应工程现场的围岩充填体错动破坏过程类型。该研究揭示了基于自由节理面的异构组合体力学损伤机制,弥补了现有含粗糙节理异构组合体剪切理论体系的不足,为防治矿山充填灾害提供了理论依据。