煤与软弱夹层组合体裂纹扩展及变形破坏规律数值模拟研究

针对含软弱夹层煤体承压力学性状复杂、现场容易引发片帮的问题,采用实验室试验和数值模拟方法,对不同位置和厚度夹层组合体进行了研究,揭示煤与夹层组合体裂纹扩展及变形破坏规律。研究结果表明,随着夹层厚度的增加,组合体试样的强度降低,组合体达到峰值前的应变滞后,表明软弱夹层有助于提升组合体的变形程度,降低组合体的整体刚度和弹性模量;随着夹层位置由组合体上部向下部移动,组合体整体抵抗变形和破坏的能力逐渐减弱,强度大小为:无夹层>1/4上部>中部>3/4下部;随着压缩程度的增加,破坏现象逐渐向夹层上部以及下部层位转移,加载初期上部层位裂纹占比逐渐增加,裂纹发育扩展具有优先性,当组合体承载达到峰值后,下部层位裂纹占比增大,破坏才会发生并逐渐增强。研究成果可为控制巷道及工作面片帮、破坏失稳等提供理论参考。