最新成果丨蒋力帅教授：动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律

本论文创新点

（1）采用砂型3D打印制备与真实软岩物性相近的类岩体试样，补足了原岩加工和相似材料浇筑法较难制备复杂内部缺陷试样的短板，为裂隙岩体力学研究提供了创新性的方法手段，为物理重构与原岩结构相符类岩体研究的开展提供了重要基础。

（2）通过不同内部裂隙特征的类岩体试样 SHPB 试验，研究了动载下裂隙倾角和空间分布特征对类岩体动力学特性及能量耗散的影响，结合裂纹演化及破碎块度综合分析，揭示了裂隙特征影响下岩体动力破坏特征。

动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律

作者

蒋力帅, 杨一鸣, 赵阳, 李皓哲, 吴琦, 彭晓涵

单位

山东科技大学矿山灾害预防控制实验室

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摘要

深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育，在深部复杂力学环境下易发生动力灾害，研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响，通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验，使用高速摄像机观察裂纹发育情况，并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明：随着内部裂隙倾角角度增加，类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大，均在30°时最低；随着裂隙数量的增多，垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙；试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律，裂隙倾角较小时，松散充填物的存在会加剧应力波衰减，使能量耗散增加，随裂隙倾角增加，充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小；相同裂隙倾角下，随裂隙数量的增加，垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙，与试样动态峰值应力呈正相关；随着裂隙倾角的增大，试样的分形维数先增加后减小，30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大，试样的分形维数最大；裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀，试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律，为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础，对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。

作者简介

蒋力帅

教授

博士生导师

蒋力帅，1989年2月出生，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，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，加拿大McGill University联合培养博士。

研究方向

裂隙岩体物理重构、巷道围岩控制、矿山动力灾害防治等

主要成果

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》《煤炭科学技术》《岩石力学与工程学报》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。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。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。

引用格式

蒋力帅，杨一鸣，赵阳，等.动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律[J].煤炭科学技术，2025，53（2）：136−149.
JIANG Lishuai，YANG Yiming，ZHAO Yang，et al. Mechanical response and energy dissipation law of rock-like mass with internal fractures under dynamic load[J]. Coal Science and Technology，2025，53（2）：136−149.

策划：常琛

责编：钱小静

编辑：李莎

审核：常琛