倾斜回填采场的时变地基稳定性特征及其蠕变行为

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Time-dependent ground stability of inclined backfilled stope characterized by creep behavior

本研究通过FLAC3D数值模拟，分析倾斜回填天井围岩的时变稳定性，考虑回填固结与周围岩体蠕变耦合效应，评估约束有效性、强度应力比等指标，探讨天井倾角、高度、宽度、矿深及材料特性等因素对稳定性的影响。

　　

摘要

回填通常被用作地下矿山的支护措施。然而，关于回填对地面稳定性提升的作用的研究却相对较少。这可能是由于人们普遍认为回填材料的刚性远低于围岩。值得注意的是，最近的一项开创性研究通过数值模拟揭示了具有垂直壁的回填采场周围地面稳定性的时间依赖性。实际上，地下采场往往具有不同程度的倾斜角度，这种倾斜会改变周围岩石的应力状态，可能导致严重的不稳定和岩体松动，尤其是在采场边缘的墙壁处。因此，为了进行回填结构设计，分析倾斜回填采场的时间依赖性地面稳定性至关重要。为此，我们使用FLAC3D软件进行了全面的数值模拟，将回填材料的固结行为与周围岩石的长期蠕变变形进行了耦合分析，以弥补这一知识空白。地面稳定性的评估基于围岩的约束效果、强度-应力比、应力路径与屈服面的关系以及岩石中的应力重分布情况。参数研究表明，当墙体蠕变较小时，回填采场的倾斜角度会降低围岩的约束效果，从而增加岩体滑落的危险性。然而，当蠕变变形较为显著时，倾角较小的回填采场能够通过加大对回填材料的压缩力并有效发挥其被动支护作用，从而显著提升地面稳定性。此外，我们还进行了额外的模拟，以分析采场高度和宽度、矿井深度、岩石力学性质、回填材料的压缩性以及填充间隙等因素对倾斜回填采场周围应力重分布和稳定性的影响。