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，博士生导师，山东科技大学矿山灾害预防控制实验室副主任（分管科研、平台、学术交流、开放基金等），山东省“泰山学者”青年专家，山东省优秀青年基金项目、中国科协“青年人才托举计划”、中国煤炭青年科技奖获得者，矿山空区灾害与塌陷地治理“111”引智基地秘书长。先后获中国煤炭青年科技奖、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岩石动力学专委会委员、软岩工程与深部灾害控制分会和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》、《山东科技大学学报（自然科学版）》青年专家学术委员会委员等职务。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划青年科学家项目子课题等国家级项目4项，山东省自然科学基金（优青项目、青年项目）、中国博士后基金特别资助、山东省高等学校科技计划等省部级课题8项；作为研究骨干参与国家重点研发计划1项、国家自然科学基金4项、省部级项目6项；发表高水平SCI检索论文60余篇，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10余篇；出版学术专著2部；授权澳大利亚发明专利1项、中国发明专利15项；首位主编团体标准2项；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技进步二等奖等省部级科研奖励20余项。

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5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、煤矿支护技术创新成果奖二等奖等奖励多项；在IJCST、RMRE、Geoence Frontiers等国际期刊发表SCI/EI论文10余篇，1篇入选ESI热点论文。授权国际、国内发明专利5项；作为第二作者参编团体标准2项。