原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究

原生煤岩组合体界面是非均质的且包含大量复杂的微观结构。为透明求解非均质煤岩界面导致的复杂物理场，采用工业CT对原生煤岩组合体试件进行了扫描试验，重构了原生煤岩组合体界面三维模型，计算了非均质煤岩界面的分形维数；基于此建立了原生煤岩组合体数值模拟模型，模拟分析了单轴压缩条件下原生煤岩组合体的应力及损伤特征，并通过煤岩组合体单轴压缩试验结果验证了数值模拟规律的可靠性。研究结果表明：原生煤岩组合体界面具有复杂的微观结构且具有分形特征，分形维数能够反映界面宏观形态；单轴压缩状态下，原生煤岩组合体中垂向应力呈非均匀分布，煤岩界面的存在会在煤体中派生水平压应力，在岩石中派生水平拉应力，煤岩界面附近水平应力呈拱形分布；原生煤岩组合体的损伤破坏主要发生在煤体中，煤体的损伤首先发生在远离界面的煤体中并逐渐向界面处扩展，界面分形维数与试件出现初始损伤对应的轴压呈正相关；由于煤岩界面压应力拱的存在导致原生煤岩组合体整体的强度高于煤体，破坏后的煤体呈拱形分布。预期研究结果对于煤岩动力灾害防治具有一定意义。