18 工程科学学报，第44卷，第1期 突发性灾害 支撑顶板破碎岩体、为侧帮卸载岩块的滑移趋势提 在力学作用方面，充填体改变了围岩应力状 供侧限压力、抵抗采场闭合和限制尾砂流动.陈玉 态，使围岩由二维受力变成了三维受力，围压的产 宾7通过研究上向水平分层充填体的受力状态，认 生不仅表现为充填体起到支撑作用，更重要的是 为上部胶结层承担了无轨设备动荷载，而下部充填 提高了围岩的强度和自身支撑能力， 体仅承担围岩和上覆压力.胶结层底层拉应力过大 在结构方面，工程开挖导致岩体由“稳定不变 易引起充填体开裂破坏刘光生通过力学解析 结构体”演化为“几何可变体”，围岩产生渐进破 研究了阶段空场嗣后充填法中充填体与围岩接触 坏，充填体可起到表面支护、局部支护和整体支护 成拱作用，提出了充填强度需求优化方案 作用等，维护原岩结构体稳定 充填体在原位采场养护环境中受到压力场、 在让压作用方面，一般充填体的变形能力远 温度场、化学场、渗流场等多场作用，充填体强度 大于岩体，岩体应变能在充填环境中可缓慢释放， 发育过程极具扰动性.例如在富含硫酸盐的采场 同时充填体产生围岩对岩体可起到柔性支护作用. 中，矿井水中硫酸盐浓度可达2000mgL-20.充填 不同采矿方法中，充填体的力学状态有较大差 体在硫酸盐作用下，易导致水化产物溶解，出现水 异.王俊通过分析空场嗣后充填法的工艺特征以 化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱钙现象，如图12所示.充 及回采过程中充填体受力状态变化，认为胶结充填 填体内空隙增加，力学性能降低，宏观表现为充填 体的力学作用主要表现为改善顶板岩体受力状态 体开裂、破碎、强度失效等劣化现象 Filling slurry Oxidation reaction of (tailings containing sulfide(suitable sulphur+cementitious oxygen and humidity) materials+water） Release OH Volcanic ash admixture Formation 12≤pH≤13 (slag,fly ash,silica fume,etc.) SO,H+ or active activators (lime,gypsum,etc.) Ca(OH) Pozzolanic pH<12, Tailings reaction calcium hydroxide sulfate Ca(OH),dissolution Calcium silicate hydrate C-S-H gel Acid/sulfate erosion decalcification of hydrated calcium silicate Gypsum Secondary CaSO,2H,O y Ettringite Secondary 3CaSO3CaO-Al2O32H2O 图12含硫尾砂充填料浆水化过程 Fig.12 Schematic diagram for hydration process of sulphidic cemented backfills 陈顺满等-四开发了充填体多场耦合监测系 关联机制.Cui和Fall 23)建立了音体充填(CPB)三 统，如图13所示.研究了充填体在压力和温度耦 维耦合多物理固结模型，认为CPB的固结行为受 合作用下的力学性能发展规律，建立了对应的强 强耦合的多物理过程控制，传统的土力学固结理 度预测模型，揭示了充填体热一水-力-化多场性能 论和模型不适合评价和预测CPB的固结行为.突发性灾害. 在力学作用方面，充填体改变了围岩应力状 态，使围岩由二维受力变成了三维受力，围压的产 生不仅表现为充填体起到支撑作用，更重要的是 提高了围岩的强度和自身支撑能力. 在结构方面，工程开挖导致岩体由“稳定不变 结构体”演化为“几何可变体”，围岩产生渐进破 坏，充填体可起到表面支护、局部支护和整体支护 作用等，维护原岩结构体稳定. 在让压作用方面，一般充填体的变形能力远 大于岩体，岩体应变能在充填环境中可缓慢释放， 同时充填体产生围岩对岩体可起到柔性支护作用. 不同采矿方法中，充填体的力学状态有较大差 异. 王俊[16] 通过分析空场嗣后充填法的工艺特征以 及回采过程中充填体受力状态变化，认为胶结充填 体的力学作用主要表现为改善顶板岩体受力状态 支撑顶板破碎岩体、为侧帮卸载岩块的滑移趋势提 供侧限压力、抵抗采场闭合和限制尾砂流动. 陈玉 宾[17] 通过研究上向水平分层充填体的受力状态，认 为上部胶结层承担了无轨设备动荷载，而下部充填 体仅承担围岩和上覆压力. 胶结层底层拉应力过大 易引起充填体开裂破坏[18] . 刘光生[19] 通过力学解析 研究了阶段空场嗣后充填法中充填体与围岩接触 成拱作用，提出了充填强度需求优化方案. 充填体在原位采场养护环境中受到压力场、 温度场、化学场、渗流场等多场作用，充填体强度 发育过程极具扰动性. 例如在富含硫酸盐的采场 中，矿井水中硫酸盐浓度可达 2000 mg·L−1[20] . 充填 体在硫酸盐作用下，易导致水化产物溶解，出现水 化硅酸钙（C-S-H）凝胶脱钙现象，如图 12 所示. 充 填体内空隙增加，力学性能降低，宏观表现为充填 体开裂、破碎、强度失效等劣化现象. Filling slurry (tailings containing sulphur+cementitious materials+water) Release OH− 12≤pH≤13 pH<12, calcium hydroxide Ca(OH)2 dissolution Volcanic ash admixture (slag, fly ash, silica fume, etc.) or active activators (lime, gypsum, etc.) Hydration product Ettringite 3CaSO4 ·3CaO·Al2O3 ·32H2O Gypsum CaSO4 ·2H2O Ca(OH)2 Pozzolanic reaction Calcium silicate hydrate C-S-H gel Secondary Secondary Acid/sulfate erosion decalcification of hydrated calcium silicate Tailings sulfate Oxidation reaction of sulfide (suitable oxygen and humidity) Formation SO4 2−, H+ 图 12    含硫尾砂充填料浆水化过程 Fig.12    Schematic diagram for hydration process of sulphidic cemented backfills 陈顺满等[21−22] 开发了充填体多场耦合监测系 统，如图 13 所示. 研究了充填体在压力和温度耦 合作用下的力学性能发展规律，建立了对应的强 度预测模型，揭示了充填体热‒水‒力‒化多场性能 关联机制. Cui 和 Fall[23] 建立了膏体充填 (CPB) 三 维耦合多物理固结模型，认为 CPB 的固结行为受 强耦合的多物理过程控制，传统的土力学固结理 论和模型不适合评价和预测 CPB 的固结行为. · 18 · 工程科学学报，第 44 卷，第 1 期