地下金属矿山结构型充填体力学研究现状与发展趋势*

谭玉叶，熊朝辉，宋卫东

(1.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083；2.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室, 北京 100083)

0 引言

采矿业为人类提供了赖以生存的物质基础，对国民经济持续健康发展具有重要意义。 “绿水青山就是金山银山”的发展理念对传统矿业提出了更高的要求。充填开采具有安全、高效、经济、环保等优点，是绿色开采的发展方向和必然选择。胶结充填工艺因材料来源丰富、制备过程便捷、输送系统简单、养护强度高等优势，已成为地下采空区处理及地压管理的首选方法。而充填法中的分段或阶段空场嗣后充填法因其安全、高效及自动化程度高等优点，逐渐成为地下金属矿山的首选采矿方法[1]。

胶结充填体能够作为人工矿柱起到支撑围岩、控制地压的作用，其强度大小是影响二步矿柱安全回采的关键因素。然而，高强度的胶结充填体成本高昂，为确定合理的充填体强度以降低充填成本，国内外学者围绕单一完整充填体力学特性开展了大量研究工作。通过室内试验、数值模拟及理论分析得到了不同灰砂比、尾砂级配及类型、胶凝材料等影响因素下的强度计算公式及损伤本构模型，用以指导胶结充填体强度设计[2-5]。

阶段空场嗣后充填法中，一步骤矿房充填结束后，矿柱与胶结充填体形成相互交错包裹的结构[6]；不仅如此，阶段空场嗣后充填法中单个采空区体积高达数万立方米，无法一次连续充填完毕，受多次充填及间隔时间等因素影响，最终形成的胶结充填体出现了分层结构。这种结构特征的出现必然会引起胶结充填体整体强度的变化，其失稳破坏机理与单一或完整胶结充填体存在较大差异。

近年来，结构型充填体成为新的研究热点及方向，国内外学者针对结构型充填体强度特征、宏细观破坏及其影响因素进行了大量研究，取得了许多重要的研究成果与结论，为科学合理地设计和确定阶段空场嗣后胶结充填法中高阶段充填体强度及结构提供了理论依据。本文对结构型充填体静态和动态力学特性的研究现状进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。

1 结构型充填体分类及作用方式

1.1 结构型充填体分类

根据阶段空场嗣后充填法的采场布置及充填工艺特点，可将结构型充填体分为以下几种类型：

a.围岩包裹充填体(Rock around Backfill)，简称“RB组合结构”，如图1(a)所示；

b.充填体包裹围岩(Backfill around Rock)，简称“BR组合结构”，如图1(b)所示；

c.分层胶结充填体(Layered Cemented Backfill)，简称“LCB结构”，如图1(c)所示。

(a) 围岩包裹充填体

1.2 结构型充填体作用方式

通过对单一完整充填体的研究，目前普遍认为，充填体对围岩的支撑作用包括表面支护、局部支护和总体支护[7-9](见图2)：

a.表面支护是指充填体对采场边界关键块体起到表面支护作用，防止岩体在低应力条件下发生空间上的渐进破坏；

b.局部支护是指采场帮壁岩体发生准连续性刚体位移，使充填体发挥被动抗压作用；

c.总体支护是指充填体起到总体支护构件作用，使整个矿山近场区域中的应力降低。

(a)表面支护 (b)局部支护 (c)总体支护

对不同结构型充填体的作用方式总结如下：

1) RB组合结构

有学者[10]通过室内三轴试验，得到了RB组合结构作用方式为：①充填体的存在减缓了围岩的破坏及变形速度，可阻止岩石块体的刚性滑移、抵抗围岩的闭合；②充填体的存在提高了组合试件的残余强度，防止岩体在低应力条件下发生空间上的渐进破坏。

2) BR组合结构

有研究[11]表明，BR组合结构作用方式为：①充填体的存在提高了围岩的承载能力，可阻止岩石块体的大变形；②充填体的存在使能量在接触面发生循环反射，岩块多次破坏，这在开采作业中可降低相邻矿柱的大块率。

3) LCB结构

室内试验研究发现，LCB结构与普通完整充填体的作用方式基本一致，但由于结构面的存在，LCB结构对围岩的支撑作用随着分层次数的增加而降低[12]。

对比分析结构型充填体与完整充填体可知：组合结构抗压强度更高，对于围岩的支撑效果更好；而分层结构由于分层面的存在，强度降低，但是更符合现场充填作业的实际情况。

2 结构型充填体静态力学特性研究现状

结构型充填体考虑充填体与围岩共同作用及实际充填中的充填体分层现象，与完整充填体相比其强度及变形特性受结构特征的影响而发生改变。充填体起到应力吸收及应力转移、被动支护及控制围岩变形的作用，这就要求结构型充填体需具有与之匹配的强度。开采完毕的采场中，充填体长期处于静态应力场中，参考单一完整充填体力学特性的研究思路及方法，国内外学者对结构型充填体的静态力学特性进行了大量研究。以下从结构型充填体的应力-应变特征、损伤本构关系及破坏特征等方面对其研究现状进行阐述。

2.1 应力-应变特征研究

应力-应变曲线表征了胶结充填体受外应力作用后开始变形，然后逐渐破坏，最终失去承载能力的整个过程。在单一完整充填体的研究中，应力-应变曲线一般通过单轴或三轴试验得到，在此基础上开展强度、弹性模量等力学参数的研究。结构型充填体的应力-应变曲线同样可通过单轴或三轴试验得到。

2.1.1 RB组合结构

王明旭[13]通过单轴压缩试验，得到了RB组合结构应力-应变曲线(见图3)，该曲线可划分为压密阶段、弹性阶段、塑性破坏阶段及峰后强度残余阶段等4个阶段。

图3 RB组合结构单轴压缩应力-应变曲线

汪杰等[14]借助PFC模拟了不同圆柱直径下的单轴压缩试验，研究发现：随着直径的增大RB模型峰值应力以线性方式降低、峰值应变以多项式函数方式降低、弹性模量以线性方式降低；与相同条件下的完整充填体及岩石对比可知，组合结构强度介于两者之间；与完整充填体相比，组合试件的残余强度得到了强化，这是因为充填体对结构起到了支撑保护作用。

宋卫东等[10-11]通过三轴压缩试验得到了RB组合结构应力-应变曲线(见图4) ，其主要包括以下7个阶段：①岩柱试件承载阶段AB；②组合试件线弹性破坏阶段BC；③弹性变形转为塑性变形且岩石试件发生破坏阶段CD；④岩石试件完全破坏而充填体处于应力极限阶段DE；⑤破坏后岩石与充填体共同承载且充填体发生塑性变形阶段EF；⑥充填体及岩石试件均发生破坏阶段FG；⑦G点以后进入残余应力阶段。

图4 RB组合结构三轴压缩应力-应变曲线

YU等[15]对RB组合结构试件进行了不同围压下的三轴压缩试验，得到了轴向和径向应力-应变曲线(见图5) 。研究结果表明，在体积分数相同时，随着围压的增大，试件强度增大，但与完整岩石试件相比，其强度偏小。

图5 不同围压下RB组合结构三轴压缩应力-应变曲线

考虑结构接触面的影响，修占国等[16]通过三轴剪切试验对不同养护时间及不同围压下充填体和RB组合结构界面的剪切力学参数(黏聚力、内摩擦角) 进行了对比和量化分析，结果表明：随着围压的增加，界面处的抗剪强度增大；充填体的剪切力学参数明显大于相应围岩-充填体界面的参数，且RB组合结构试件的整体强度受试件交界面处的剪切力学参数的影响。于世波等[17]采用现场监测及数值模拟手段，进行了围岩及充填体的耦合作用研究，发现采矿阶段围岩移动变形以初期的弹性变形及后续的非线性变形为主；胶结充填体应力吸收效果显著，能够较好地控制围岩变形。

2.1.2 BR组合结构

在不同加载条件下，BR组合结构试件的应力-应变特征受灰砂比、岩柱类别、圆柱直径等的影响，在不同影响因素下表现出不同的特点。谭玉叶等[11]对BR圆形组合试件进行了单轴压缩试验，结果表明：组合试件经历了初始压密阶段、线弹性阶段、塑性破坏阶段及试件完全破坏阶段；对比完整充填体试件及岩石强度，组合试件强度处于两者之间。在此研究基础上，汪杰等[14]通过PFC模拟了不同圆柱直径下的方形BR组合结构的单轴抗压强度试验，得到与完整充填体类似的BR组合结构应力-应变曲线(见图6) ，研究发现：峰值应力、峰值应变、弹性模量均介于单一充填体和岩石之间；随着充填体直径的增大，BR模型峰值应力以线性方式降低、峰值应变以多项式函数方式降低、弹性模量以线性方式降低。

图6 BR组合结构单轴压缩应力-应变曲线

为探究侧限条件下BR组合结构的应力-应变特征，金爱兵等[18-20]对不同灰砂比的BR组合结构试件进行了侧限压缩试验，得到了应力-应变曲线(见图7) 。由图7可知，应力-应变曲线总体上可以分为4个阶段：岩柱试件承载阶段OA、岩柱试件的破坏阶段AC、充填体-围岩共同承载直至破坏阶段CD、充填体和围岩散体承压阶段DE。组合结构试件强度介于单一充填体及岩石试件强度之间，充填体提高了岩石试件的残余强度，采场中充填体能够对岩柱起到较好的支撑保护作用；随着充填体强度的增大，岩柱的峰值强度、残余强度以及破坏时的轴向应变逐渐增大。

图7 BR组合结构三轴压缩应力-应变曲线

2.1.3 LCB结构

基于单一完整充填体的研究思路及方法，在不同加载路径下，LCB结构的强度及变形特性受灰砂比、充填次数、料浆质量分数、分层高度、分层面倾角等的影响，在不同条件下表现出独有的应力-应变特点。

为探究不同条件下LCB结构的应力-应变特征，曹帅等[21]通过对不同浓度下LCB结构的单轴压缩试验，得到了应力-应变曲线(见图8) ，发现LCB结构表现出与岩石类似的4个阶段：压密阶段、线弹性阶段、裂纹扩展阶段、破坏发展阶段；同一料浆质量分数(70%)下充填体强度随着充填次数的增加而弱化。

图8 LCB结构单轴压缩应力-应变曲线

图9 不同养护龄期下LCB结构单轴压缩应力-应变曲线

为进一步探究LCB结构的强度与充填次数之间的关系，陈国瑞等[22-23]通过单轴压缩试验发现：充填体抗压强度与充填次数之间满足多项式函数关系，强度随充填次数的增加而减小；割线模量与充填次数呈幂函数分布并随充填次数的增加而逐渐减小。考虑间隔时间及料浆质量分数对充填体强度的影响，曹帅等[24]研究发现：胶结充填体峰值抗压强度随充填间隔时间的增加呈递减趋势；充填间隔时间一定时，胶结充填体抗压强度随料浆质量分数的增大而增大，且峰值抗压强度与充填间隔时间呈多项式函数规律。

唐亚男等[25-27]通过对改变LCB结构的分层高度及灰砂比的试件进行了单轴抗压强度试验，结果表明：分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系；弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系；单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增大而减小、随灰砂比的增大而增大。

为研究不同养护龄期下LCB结构的应力-应变特征，王永岩等[28]通过单轴压缩试验得到了不同养护龄期下LCB结构的应力-应变曲线(见图9) ，其与完整充填体的曲线基本一致；LCB结构的抗压强度和弹性模量随养护龄期的增大而增加；胶结充填体峰值抗压强度随充填间隔时间的增加呈递减趋势。

赵康等[29]将两个不同灰砂比充填体试件直接叠加在一起模拟LCB结构并进行了单轴抗压强度试验，发现组合体的整体峰值强度取决于灰砂比较小试件的峰值强度，组合充填体的应力-应变曲线与峰值强度较小试件的曲线在数值和变化趋势上相似。FANG等[30]提出了一种描述充填体-围岩界面在不同热力条件下剪切行为的温度-化学-力学ZCM模型，采用数值模拟方法验证其可用于预测界面在不同龄期的断裂韧性的演化；通过对不同黏结力界面的模拟研究，发现黏结力越强的试件其抗剪能力越强。

综上所述，现有研究主要通过室内单轴及三轴压缩试验获得结构型充填体的应力-应变曲线。与单一完整充填体相比，组合结构的强度、弹性模量及抗破坏能力更具优势。但是目前对结构型充填体三轴剪切力学特征的研究较少，后续需加强此方面的研究。

2.2 本构关系分析

损伤演化特征的研究是充填体力学最基础也最重要的研究内容之一。目前，针对单一完整充填体损伤本构模型方面的研究较多，而针对结构型充填体本构模型研究的成果较少，总结如下。

2.2.1 充填体-岩石组合结构损伤本构模型

有学者对不同组合结构进行了损伤本构模型的构建[31]。基于完整充填体的损伤演化模型，以能量耗散原理为基础，根据组合试件的特性，单独分析充填体与岩石的耗能，得到充填体及岩石破坏时的耗散能分别为G1、G2，代入完整充填体的损伤本构方程得到组合结构的损伤本构方程[见式(1)]，通过实验验证该本构方程可以有效描述围岩-充填体组合结构的损伤演化过程。

(1)

式中：σ为模型应力；E0为模型弹性模量；ε为模型应变；G为充填体试件总损伤耗散能率；σp1、εp1、E01分别为完整充填体单轴压缩峰值应力、峰值应变、弹性模量，σp2、εp2、E02分别为完整岩石单轴压缩峰值应力、峰值应变、弹性模量。

2.2.2 分层胶结充填体损伤本构模型

基于单一岩石试件的损伤本构模型，FU等[32]考虑了分层面对充填体的影响，提出了一种本构模型[见式(2)]，并通过室内试验数据进行了验证，证明该本构模型可用于分层充填体的损伤演化分析。

(2)

式中：σ1为主应力；σ3为水平应力；En为分层数为n的充填体弹性模量；ε1、ε3为充填体材料的应变量；m、ε0为分布参数；μn为分层数为n的充填体泊松比；σf和εf分别为不同层状充填体应力-应变曲线极值点处的应力和应变。

2.3 结构型充填体破坏特征研究

通过研究结构型充填体在不同条件下的损伤破坏特性，能为矿山比较准确地确定合理的充填体强度及结构提供理论依据。结构型充填体的破坏特征研究主要基于单一完整充填体的研究手段和方法进行，叙述如下。

2.3.1 BR组合结构

汪杰等[14]通过单轴压缩数值模拟试验，发现BR组合结构试件破坏过程为充填体内部先出现微裂纹，然后微裂纹数量迅速增加，之后逐渐扩展至岩石内部，最后逐渐贯通形成宏观裂纹，组合模型失稳破坏。王明旭[13]通过三轴剪切试验发现，BR组合结构试件的破坏裂纹主要沿着岩石与充填体的接触面扩展，逐渐贯通形成大裂纹，组合模型失稳破坏。ZHAO[33]对采场BR组合结构进行了数值模拟，研究了不同充填体倾角下组合结构的破坏特征，发现充填体倾角在60°～80°时试件破坏是由围岩的拉剪引起的，而在90°时是由围岩拉伸引起的。WANG等[34]通过对不同界面角的BR组合结构试件进行了单轴压缩试验，得到界面角为0°、15°、30°的试件强度与破坏特征是由充填体决定的，破坏形式为剪切破坏及拉剪破坏。YU等[15]基于组合结构的三轴压缩试验，研究发现岩石试件的剪切及拉伸断裂与围岩-充填体界面的滑移破坏同时发生，表明界面的抗剪强度影响了整个试件的强度。WU等[35]通过三轴抗压强度试验，发现界面角决定了组合试件的破坏模式，在低围压下，试件发生滑移破坏，在高围压下发生剪切破坏。

综上所述，与单一充填体相比，BR组合结构破坏先发生在内部充填体，然后扩展至岩石，岩石破坏后整个组合试件发生破坏；组合结构的破坏主要是剪切破坏及拉剪复合破坏，破坏模式受到界面倾角的影响，组合结构的强度受到界面抗剪强度的影响。

2.3.2 RB组合结构

汪杰等[14]采用PFC模拟了不同圆柱直径下RB组合结构单轴压缩试验，发现充填体内部先出现微裂纹，然后微裂纹数量迅速增加，之后逐渐扩展至外部岩石内部，最后逐渐贯通形成宏观裂纹，导致组合模型失稳破坏，不同岩柱直径的破坏趋势一致。孙光华等[19-20]研究发现：在侧限压力作用下，组合试件中岩柱先发生塑性破坏，岩柱完全破坏后充填体承载了主要压力而发生剪切破坏，最终整个组合试件失稳破坏；与单一岩柱试件相比，组合试件中的岩柱试件破坏更彻底，但在充填体的支撑保护下，组合试件的残余强度更大。

综上所述， RB组合结构破坏模式主要为剪切破坏，破坏过程为充填体及岩柱内部微裂隙在外荷载下的扩展、汇集及贯穿。与单一充填体试件不同， RB组合结构试件的破坏较为复杂，受结构面影响外围充填体先破坏，接着引起岩柱试件的塑性破坏，最后整个试件发生破坏。

2.3.3 LCB结构

LCB结构破坏特征研究可以为二步骤矿柱回采、采场支护优化提供理论依据和必要的参数。

通过对不同充填次数下的LCB结构试件进行单轴压缩试验，发现2次充填时主要表现为共轭剪切破坏，3、4次充填时主要表现为贯穿分层面的张拉破坏，且在分层面出现不同程度的分离、错动，在上分层表现为碎胀破坏[21-22]。

不同充填间隔时间的LCB结构试件试验研究发现，充填间隔时间为 12 h 的试件主要表现为贯穿分层面的张拉破坏；间隔时间为24、36 h的试件仍以张拉破坏为主，但靠近加载端的上分层充填体逐渐表现出剪切破坏形式；间隔时间为 48 h 的破坏表现出张拉和剪切共存的破坏形式[24]。针对不同分层高度和灰砂比下LCB结构试件的单轴压缩试验发现，主要存在3种破坏模式：剪切破坏伴随次生剪切裂纹、张拉破坏伴随次生张拉裂纹以及共轭剪切破坏伴随次生拉剪破坏[25]。

通过声发射研究LCB结构在单轴压缩条件下的损伤破坏特征发现：在中间层高度较小时，主要为拉伸破坏；在中间层高度较大时，主要为剪切破坏[36]；试件从中间开始破坏向两端延伸，并随着灰砂比的降低，破坏模式由拉伸破坏转为拉剪复合破坏。

综上所述，LCB结构与完整充填体相比，受分层弱面的影响，不仅抗压强度减弱，破坏模式也发生了改变，完整充填体破坏以贯穿张拉破坏及剪切破坏为主，而LCB结构还伴随着共轭剪切破坏、碎胀破坏等模式。

3 结构型充填体动态力学特性研究现状

3.1 应力-应变特征研究

在嗣后充填二步回采时充填体不可避免地受到爆破扰动，如不加以控制必将影响采场安全，因此开展结构型充填体动态力学特性研究对于实现安全高效二步回采具有重要意义。下面将从动载条件下结构型充填体的应力-应变特征、破坏特征等方面对其动态力学特性研究现状进行阐述。

1) 充填体-岩石组合结构

由于充填体-岩石组合结构本身的结构特征，目前一般采用循环加载的方法开展动态力学特性研究。王志国等[37]对充填体与围岩组合模型进行了循环加载试验，结果表明：充填体能够增强围岩的完整性及强度；组合模型的破裂经历了一个扩容的过程；不同侧压下循环加卸载应力-应变曲线形成多塑性滞回环，岩性越软滞回现象越显著；应变场在低循环荷载时近似均匀场，高荷载时在加载非均匀场与卸载均匀场之间变换，渐呈应变局部化特征。

2) LCB结构

LCB结构作为人工矿柱，受到来自远场及近场矿柱开采的爆破扰动，对其进行动态力学特征研究很有必要。

通过不同围压下组合试件的SHPB冲击试验，得到相同动载不同轴压下的充填体应力-应变曲线(见图10)。由图10可知，冲击荷载下充填体变形主要分为弹性阶段(OA)、屈服阶段(AB)、破坏阶段(BC)、无明显密实阶段[38]。与静载相比，冲击荷载作用下充填体快速密实变形，微裂隙压密阶段不明显。在此基础上，综合不同灰砂比充填体的分层特征及与围岩、非胶结充填体的相互作用，首次创建了远场爆破扰动下LCB结构动力响应模型分析方法，研究了LCB结构动力响应机制，结果表明：在远场爆破水平应力波作用下，灰砂比大小严重影响LCB结构的速度、位移响应，进而影响充填体的稳定性；现场监测和数值模拟结果验证了该方法计算结果的可靠性[39]。WANG等[40]开展了4种围压下LCB结构试件的三轴循环加载试验，结果表明：当围压小于0.2 MPa时，试件的抗压强度升高；当围压大于0.8 MPa时，试件的抗压强度降低；当围压为0.5 MPa时，1、2分层强度升高，3、4分层强度降低。总体来说，在动态荷载下，由于结构型充填体内部微裂隙被快速压实，充填体强度虽然出现了增长，但是失稳时间变短了。

(a)动载0.3 MPa

3.2 结构型充填体破坏特征研究

1) RB组合结构

王志国等[41]通过循环加载试验，采用声发射对RB组合结构的破裂特征进行了研究，结果表明：随着循环次数的增加，应力水平越高，每个循环的AE能率峰值越大；这是因为应力水平升高，组合结构进入塑性屈服阶段，微裂隙逐渐扩展、贯通成宏观大裂纹，最终演化为宏观裂纹。LI等[42]研究了不同围压下爆破扰动对RB组合结构的损伤演化，结果表明：在围压不变的情况下，随着动载的增大，充填体试件内部裂隙先减小后增大，而在围岩破坏后，组合试件孔隙率急剧增大，说明围岩的完整性对于整个结构的承压能力起了决定性作用；随着围压的增大，试件在动载作用下呈脆性破坏。

以上研究成果可为现场爆破参数优化及采场结构的优化提供理论参考。

2) LCB结构

陈超等[38]对LCB结构试件进行了不同围压下的冲击试验，研究发现：在常规冲击时，充填体破坏模式为劈裂拉伸破坏，裂纹多沿轴向分布；在不同围压的冲击下，充填体破坏模式表现为剪切破坏。WANG等[40]通过SEM及CT扫描技术，研究得到循环加载下，在分层面的孔隙微裂隙被压实，随着围压的增大，易在孔隙周围形成应力集中，产生局部疲劳损伤破坏。以上研究成果为LCB结构的优化提供了科学指导。

4 结构型充填体细微观损伤力学特征研究现状

随着岩体损伤力学及其他相关学科如断裂力学、细观力学、实验力学及计算机图像学的发展与进步，结构型充填体损伤表征尺度从宏观逐步向细观、微观发展。目前，对于细微观尺度，主要通过裂纹及孔隙数目、长度、面积、体积等参数进行表征，细微观参数主要通过超声波检测法、声发射检测法、CT扫描及核磁共振技术、扫描电镜等手段获得[43-45]。

CT扫描及核磁共振技术具有以下优势：①可进行细观损伤的快速无损识别；②可进行细观尺度至宏观尺度内损伤的同步识别；③可进行岩体内部任意断面处的损伤探测；④可获得表征断面损伤特征的高分辨率数字图像及相应数据，结合图像处理技术进行系统定量分析。该技术已在结构型损伤力学研究中得到了广泛应用。

XUE等[46-47]基于扫描电镜得到的SEM图像，分析了掺纤维胶结充填体中纤维的几何分布及联结作用，将CT扫描得到的数据生成二维图片，经分析发现，随着试件变形量的增大，纤维表现出滑移、拔出、拉断等状态。YU等[48]基于CT扫描技术，获得了三轴压缩下RB组合结构试件破坏前后的细观断裂数据，并将图像转换为点云，通过点云的三维可视化分析发现RB结构试件发生压裂，而充填体少见压裂；结合声发射监测结果，发现岩石发生了独特的断裂演化过程(见图11)。LI等[42]基于核磁共振技术，分析了不同围压下爆破扰动对RB组合结构的损伤演化。

图11 RB组合结构试件岩石孔隙和微缺陷在三轴压缩作用下的变化情况

5 结构型充填体力学研究发展趋势

目前，对于结构型充填体的静态力学特性已有大量研究，但是动态力学特性研究相对较少，组合结构面的细微观参数研究也比较匮乏。因此，建议未来结构型充填体的力学研究从以下几个方面展开。

1) 动态力学特性研究

目前，关于结构型充填体动态力学特性的研究方法较少，主要以循环加载试验居多，然而循环加载条件并不能完全反映爆破扰动下的动态应力状态，因此需要结合结构型充填体自身特点，探索更为适合的试验方法。

2) 动态损伤力学本构方程

本构方程是损伤力学的理论基础，目前尚无相应的本构方程对其动态损伤特性及行为进行精确描述，导致理论研究与工程实际应用存在一定偏差。因此，构建具有工程应用价值的动态损伤本构方程是未来结构型充填体损伤力学研究的重点。

3) 组合结构接触面细微观损伤分析

目前关于结构型充填体的细微观研究，主要是对受外荷载作用下的充填体或围岩的损伤破坏进行分析；结构面作为结构型充填体的重要特征，探究其细微观损伤机理，对于探索结构型充填体力学特性及损伤变形机理具有重要意义。

6 结论

a.现阶段针对结构型充填体的力学特征研究主要围绕应力-应变特征、本构方程、破坏模式和损伤破裂特征等内容开展，考虑静态及动态(爆破扰动)两种条件，目前已取得了许多有理论价值和工程应用意义的成果，为嗣后充填法采场结构选择、充填体强度确定及结构设计提供了理论依据和科学指导。

b.现阶段结构型充填体力学特征研究的手段和方法主要有室内单轴或三轴压缩试验、SHPB冲击试验、剪切试验、声发射监测、数值模拟及理论分析等；随着细微观力学研究的兴起，CT无损扫描、核磁共振技术、扫描电镜开始用于结构型充填体细观参数的获取。该研究方向将成为未来一段时间的发展趋势，必将推动矿山胶结充填朝着精准化方向发展。

c.在结构型充填体动态力学特性研究方面，结合结构型充填体自身特点，探索适合的试验研究方法和构建具有工程应用价值的动态损伤本构方程是未来一段时期的研究重点；同时，结构面作为结构型充填体的重要特征，探究其细微观损伤机理，对于全面揭示结构型充填体力学特性及损伤变形机理具有重要意义。