采用CT扫描技术提取了煤样内部的裂隙网络，并根据裂隙的尺寸和优势裂隙的数量，通过不同的采样阈值对裂隙面积、体积、长度、宽度和角度等参数进行统计分析。此外，通过计算裂隙参数与软岩力学特性(单轴抗压强度UCS和弹性模量E)之间的皮尔逊相关系数，来定量分析每个参数的影响，并对裂隙几何参数与岩石力学性能之间的相关性进行分级，以确定阈值。

图1 CT扫描及裂隙网络提取

结果表明，试样的UCS和E与其内部的裂隙结构显著相关，面积、体积、长度和宽度等裂隙参数均与UCS和E呈负相关，优势裂隙对于强度和刚度的弱化发挥关键作用。裂隙角度则与UCS和E呈正相关，增加裂隙统计数量可以显著提高裂隙角度相关参数与岩石力学特性之间的相关性。根据对于裂隙参数阈值对岩体力学特性影响的分析，建议至少统计16条裂隙或统计面积大于5 mm²裂隙的几何参数，用于今后复杂裂隙岩体的研究或3D进行物理再现。经三轴压缩试验验证，表明裂隙几何参数与岩石力学特性的关系在三轴条件下依然成立。

(a) TC-1

(b) TC-2

图2 三轴试验前后试样内部裂隙变化

(a) TC-1

(b) TC-2

图3 三轴压缩应力-应变曲线

首先，裂隙岩体中裂隙几何参数与岩体力学特性之间关系的深入理解对于复杂裂隙岩体的进一步研究以及工程岩体结构的设计非常重要。同时，由于目前3D打印虽被证实可以很好的模拟岩石且具有复刻复杂裂隙的技术优势，但由于机器精度的限制，使得3D打印在微裂隙、微孔洞等微小缺陷的复刻上还尚存局限，这极大的限制了复杂裂隙岩石的力学实验研究。而裂隙几何参数最优阈值的确定能够在使用3D打印技术对含复杂裂隙岩石进行复刻的过程中，为所需复刻的裂隙提供一个范围依据，使所复刻的岩石能够最大程度的保留裂隙对岩石力学特性的影响，从而使所复刻的3D打印试样更接近于真实岩石。

通讯作者

蒋力帅，山东科技大学教授，“泰山学者”青年专家、中国科协“青年人才托举工程”入选者、山东省优青、煤炭青年科技奖获得者，担任矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室（培育）主任助理、矿山空区灾害与塌陷地治理“111”引智基地秘书长。先后获中国岩石力学与工程学会优秀博士学位论文奖、山东省高校青年教师教学比赛一等奖、全国矿业高校青年教师讲课比赛一等奖等科研与教学奖励，兼任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会、采矿岩石力学分会理事、International Journal of Coal Science &Technology 科学编辑、《煤炭科学技术》青年专家学术委员会委员等职务。主持国家自然科学基金2项、山东优秀青年科学基金、中国博士后基金特别资助项目等省部级项目6项；发表高水平SCI检索论文50余篇，25篇发表于JCR一、二区期刊，1篇入选ESI热点论文，8篇入选ESI高被引论文，发表《煤炭学报》等EI检索期刊论文9篇，出版专著2部；获中国岩石力学与工程学会科学技术一等奖、中国煤炭工业协会科学技术二等奖等奖励10项。

第一作者

赵阳，山东科技大学博士研究生，致力于裂隙岩体力学、矿山压力与岩层控制研究，参与国家自然科学基金面上项目等纵向课题4项，曾获山东省优秀硕士论文、中国煤炭工业协会科学技术二等奖等奖励，在IJCST、RMRE、Geoence Frontiers等国际期刊发表SCI/EI论文多篇，1篇入选ESI热点论文。