橡胶改性水泥固化矸石回填料的速率相关力学行为与损伤演化研究

《Scientific Reports》：Mechanical properties and damage evolution mechanism of rubber-gangue cemented backfill under different loading rates

　　

摘要

本研究通过多尺度宏观和微观试验，研究了橡胶改性水泥固化矸石回填料的速率相关力学行为和损伤演化。建立了基于Weibull分布的分段统计损伤本构模型，定量表征了改性回填材料的动态破坏过程。结果表明，橡胶颗粒的掺入消除了传统回填材料中观察到的临界加载速率效应，并显著提高了回填试样的延性。抗压强度和弹性模量表现出明显的加载速率敏感性，并随着橡胶含量的增加而逐渐降低。更高的加载速率和更大的橡胶掺量均能有效抑制内部损伤变量的增长，使回填材料在最终破坏前能承受更大的变形。微观分析进一步表明，橡胶颗粒扩大了内部孔隙分布并促进了裂缝的渐进扩展，这主导了破坏模式从脆性微裂纹向延性宏观断裂的转变。所提出的本构模型准确地再现了橡胶改性回填材料的速率相关损伤行为，为改性回填材料的安全评价和工程应用提供了可靠的理论参考。