碳纤维增强聚合物约束不同高径比煤样的裂纹特性研究：离散-连续耦合数值模拟分析

为解决房柱式采空区残余矿柱稳定性问题，研究人员开发了碳纤维增强聚合物(CFRP)约束加固技术。通过开展不同高径比CFRP约束煤样的单轴压缩试验，建立PFC3D-FLAC3D耦合数值模型，从微观渐进损伤特征角度分析了裂纹扩展行为。研究表明CFRP可提供有效侧向约束，显著提升煤样承载能力，为地下采矿工程设计维护提供重要理论依据。

　　

这项创新性研究聚焦于解决采矿工程中的关键难题——如何稳定房柱式采空区的残余矿柱。科研团队另辟蹊径，采用碳纤维增强聚合物(CFRP)约束技术进行加固。通过精密的单轴压缩试验，对不同高径比的CFRP约束煤样进行系统测试，并巧妙构建了离散元-连续介质耦合的PFC^3D-FLAC^3D数值模型。

研究团队从微观尺度揭示了煤样的渐进损伤机制，细致追踪了裂纹萌生、扩展的全过程，并精确量化了特征应力参数的变化规律。特别值得注意的是，通过分析裂纹演化曲线的二阶差分，成功确定了无约束和CFRP约束煤样的裂纹起始应力与损伤应力阈值范围。

数值模拟结果生动再现了不同高径比煤样的渐进破坏过程，准确捕捉了其主导性破坏模式。研究发现，CFRP约束能产生显著的"箍束效应"，通过提供持续稳定的侧向约束力，使煤样的承载能力获得突破性提升。这项研究为地下资源开采工程的设计优化和长期维护提供了重要的理论支撑，其创新性的研究方法也为类似工程问题提供了崭新思路。