計算條件:L/B=2~3;δt=2.2;hi=0.2~1.5m〈1/2B。計算結(jié)果見圖2-7。

圖2-7金川二礦區(qū)下向水平進路采礦法頂板最大拉應(yīng)力的計算結(jié)果

從圖中可直觀地看出，層狀充填體頂板中心線上的最大拉應(yīng)力隨著層狀厚度的增長而減小;當(dāng)其厚度達1.3m左右時，其抗拉強度趨于平穩(wěn)。

若砂漿的許用抗拉強度用|δt|表示，則可認為δt〈|δt|時充填體頂板穩(wěn)定。已知1:4灰砂比的砂漿，δi=0.43MPa，查圖2-7，當(dāng)hi≥0.6m即可滿足其穩(wěn)定條件δt〈|δt|。

生產(chǎn)實際中未發(fā)現(xiàn)厚度大于0.6m的充填體發(fā)生層狀冒落，由此可以認為這種簡化計算用于充填體頂板的受力分析，結(jié)果是可靠的。

2.3.3膠結(jié)充填體破壞過程

充填體是一種細集料和硬化水泥漿體組成的復(fù)合材料，其強度應(yīng)當(dāng)是水泥(或水泥代用品)強度、集料強度以及組分之間相互作用的函數(shù)。骨料和水泥的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在達到峰值應(yīng)力之前基本上呈線性(在接近峰值應(yīng)力時除外)變化，而充填體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在峰值應(yīng)力的前后均是高度非線性的。這種非線性一方面是由于材料的復(fù)合作用，另一方面是由于水泥-集料粘結(jié)本性所致。充填體是由細骨料組成，內(nèi)含大量孔隙及裂紋，這些原生缺陷的存在，大大改變或決定了充填體的力學(xué)性質(zhì)，若依舊采用“均質(zhì)連續(xù)”介質(zhì)的彈性力學(xué)方法分析其破壞機理，已經(jīng)不能滿足實際需要，難以更確切地反映充填體的力學(xué)性質(zhì)。因此，有必要采用斷裂與損傷力學(xué)方法進行分析。

充填體在受到外力作用時，充填體內(nèi)原始損傷(因干縮引起的界面粘結(jié)裂紋及大量的孔隙等)部位必將產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，這種局部的應(yīng)力集中會導(dǎo)致內(nèi)部微缺陷的閉合或擴張。分析充填體加載實驗的宏觀力學(xué)行為，首先是隨外載荷產(chǎn)生的變形，然后是微裂紋的產(chǎn)生、擴展直至材料產(chǎn)生破壞。圖2-8為分級尾砂(1:4)膠結(jié)充填試塊單軸壓縮時的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。根據(jù)全應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，可以將膠結(jié)充填體在外力作用下的變形損傷→破裂→破壞過程分為如下4個階段。

圖2-8充填體全應(yīng)力-應(yīng)變曲線

1)微裂隙與微裂紋閉合的初始階段(AB段)

此階段充填體應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為下凸形。充填體內(nèi)那些垂直于應(yīng)力方向的裂紋和孔隙受壓而閉合，充填體的應(yīng)變分解為ε0和εR兩部分，且有ε=ε0+εR，其中ε0為孔隙及裂紋閉合所產(chǎn)生的變形，εR為充填體壓縮產(chǎn)生的真實變形。該階段充填體變形為非線性，但由于該階段應(yīng)力水平(相對于其壓應(yīng)力值)較低，故在一般宏觀實驗結(jié)果中，由于材料實驗機的噸位比較大，精度較低，往往易于忽視這個階段充填體的真實變形。