煤炭学报

作者：李庆文, 潘创创, 郑志明, 贾志波, 聂帆帆, 徐康康,

关键词：煤圆柱, CFRP布, 侧向约束刚度, 单轴压缩试验, PFC^3D−FLAC^3D,

为研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)布侧向约束刚度对轴压煤圆柱宏细观力学性质的影响，利用WDW-300型万能试验机，开展了普通煤圆柱与单层CFRP布约束煤圆柱的单轴压缩试验。基于PFC3D−FLAC3D耦合模拟方法，建立了CFRP布约束煤圆柱的连续−非连续耦合数值模型，并通过单轴压缩试验验证了模型的有效性。基于此，进一步研究了CFRP布侧向约束刚度对轴压煤圆柱特征应力、法向接触力组构及裂纹演化的影响。结果表明：峰值应力随侧向约束刚度的增加呈负指数函数增长；随侧向约束刚度的提高，法向接触力组构的各向异性逐渐减弱，法向接触力差异呈负指数衰减趋势；裂纹数量随轴向应变的增加呈“S”形贝塞尔函数增长，峰后失稳阶段，当约束刚度小于0.95 GPa时，破坏以剪切裂纹为主，反之则以拉伸裂纹为主；提出了一种基于裂纹数随时步二阶差分确定屈服应力的新方法，通过分析裂纹数生成速率的变化，确定屈服应力集中分布在82.54%～89.85%水平，且其演化规律与峰值应力一致。研究结果可为CFRP材料在采空区遗留煤柱加固工程中的应用提供理论参考。

来源：2025年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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