压剪复合受载下矿柱应力状态的Mohr圆分析与数值模拟研究

倾斜矿体开采中矿柱的应力状态分析是确保矿体安全开采的重要工作之一。以岩体力学理论为基础,建立了压剪荷载作用下倾斜矿柱的力学模型,推导出表征压剪受载矿柱应力状态的广义Mohr圆方程,分析了矿体倾角、荷载对广义Mohr圆圆心位置及半径的影响,揭示了倾斜矿柱应力演化的3种路径,并证明了3种应力路径分别满足直线方程、圆方程和平面方程。针对矿柱的3种应力路径,提出相应的应力路径演化主控模式。基于Mohr强度理论,分析3种主控模式下的应力路径对矿柱稳定性的影响,阐释倾斜矿柱比垂直矿柱更容易失稳的原因。最后,采用数值模拟方法研究得到矿柱的应力状态与采用广义Mohr圆分析得到的结果一致,且压剪受载矿柱的破坏模式为非对称的沙漏状。研究结果可为倾斜矿柱的稳定性分析提供一种思路。