节理岩体巷道支护作用机理的离散元模拟研究

采用离散元程序UDEC对某矿山节理岩体巷道锚喷支护效果和围岩及支护结构的作用机理进行数值分析,再现了巷道楔形块体破坏的力学过程,分步模拟了喷浆支护和锚喷支护的不同效果,并系统地研究了节理岩体巷道在喷浆支护、锚喷支护施工后围岩与支护结构的作用机理及力学状态。得出结论:即锚喷支护是解决节理岩体支护的有效手段之一,也证实了UDEC是一种很好的数值分析软件,特别适用于模拟节理岩体的变形问题研究。     

节理岩体巷道支护作用机理的离散元模拟研究

采用离散元程序UDEC对某矿山节理岩体巷道锚喷支护效果和围岩及支护结构的作用机理进行数值分析,再现了巷道楔形块体破坏的力学过程,分步模拟了喷浆支护和锚喷支护的不同效果,并系统地研究了节理岩体巷道在喷浆支护、锚喷支护施工后围岩与支护结构的作用机理及力学状态。得出结论:即锚喷支护是解决节理岩体支护的有效手段之一,也证实了UDEC是一种很好的数值分析软件,特别适用于模拟节理岩体的变形问题研究。     

基于FLAC3D的节理岩体巷道锚注加固数值模拟

通过对节理面锚注加固抗剪切强度的力学推导,得出锚注加固在节理岩体巷道中的作用机理以及锚杆和注浆的联合应用增强和加固了围岩的支撑能力。通过FLAC^3D大型数值模拟软件,对节理化软岩巷道未支护、锚注加固时的岩体巷道围岩进行数值模拟分析研究,锚注加固对于改善节理化软岩巷道围岩的受力状况、限制巷道围岩变形量具有重大的作用,对节理裂隙岩体进行锚注加固是一种有效的节理岩体支护方法。     

“S”型裂隙岩体锚固效果及应力场分布规律

针对裂隙岩体中的"S"型节理裂隙进行机理分析并对该节理的锚注效果进行了数值模拟研究,通过数值模拟软件FLAC3D建立单根、双根2种锚固方式下的裂隙岩体模型,并利用对FLAC3D软件不同加锚方式下裂隙岩体的力学性能进行模拟,对比分析不同锚注方式下的锚固效果和主要破坏方式。研究结果表明:加锚可有效提高裂隙岩体的强度、弹模等力学参数,改善岩体的整体力学性质,不同的锚注方式对裂隙岩体的锚注效果差别明显。对"S"型裂隙岩体加以锚杆锚固,其应力集中现象可以得到缓解,拉应力峰值也有所下降,在裂隙端部加锚杆比在裂隙中部加锚杆的锚固效果要好,特别是在峰值强度和弹模方面有较大差别,且在裂隙端部位置加锚杆在峰值强度后表现较好,对裂隙后期扩展有较好的抑制作用。该研究成果对该类型的裂隙岩体锚固提供了理论依据。     

矿山裂隙岩体锚注机理及数值模拟研究

通过分析矿山节理裂隙岩体锚固机理,得出节理岩体的剪切强度和最佳锚固角等参数的本构关系。同时结合大型数值模拟软件FLAC3D,分别对节理化岩体双轨巷道未支护和锚注加固时的岩体巷道围岩进行了数值模拟分析。模拟结果表明:锚注加固支护极大增强了节理巷道围岩自身的承载能力,改善了巷道围岩的受力情况,限制了巷道岩体围岩的变形量。     

红柳林煤矿火烧区烧变岩巷道稳定性研究

为解决红柳林煤矿火烧区巷道支护困难问题。以该矿4-2煤回风大巷为工程背景,通过理论分析、数值模拟及工程实践,对火烧区巷道围岩工程地质力学和相应的支护技术进行了研究。结果表明:火烧区巷道变形破坏主要原因是煤岩体受到热损伤、物理膨胀及氧化变质等复杂物化影响导致煤岩力学强度降低、节理裂隙发育及矿物成分改变,导致锚杆(索)难以锚固,使巷道顶板初期变形量和离层量较大以致破坏。因此应提高锚杆(索)预应力,增加锚固剂数量,使巷道顶板形成稳定的挤压平衡拱,充分发挥锚杆(索)主动支护作用。     

大断面巷道交叉点破坏机理分析及支护研究

为了解决马钢集团和睦山铁矿区大断面巷道交叉点支护困难的工程问题,对该矿巷道破坏情况进行了调查和研究。利用电子显微视频仪发现了造成岩石局部局部应力集中及破坏的岩石包体特殊结构,查明了巷道破坏的原因。在此基础上,提出了锚网喷一次支护,锚注与锚索联合二次加强支护的复合支护方案。利用ABAQUS非线性有限元软件模拟分析了锚注联合支护的作用机理,数值计算结果验证了支护方案的合理性。现场施工监测表明,采用联合支护方案后巷道交岔点处围岩变形趋于稳定,两帮累计位移最终为20 mm左右,取得了良好支护效果。     

基于围岩分级的深井巷道稳定性分析与应用

深井巷道稳定性控制的基础是确定围岩力学参数,然而由于高地应力作用,围岩普遍呈现节理化特征,其力学参数的确定存在较大的困难。为解决这一难题,采用地质强度指标(GSI)围岩分级系统进行节理岩体评价,并根据Hoek-Brown准则对岩体强度和变形参数进行理论计算,根据计算获得的岩体力学参数,采用FLAC3D有限差分软件对深井巷道围岩稳定性特征进行分析和探讨,并由此提出了相应的锚注联合支护方案及支护参数,在现场工业性试验中取得了理想的控制效果。     

兴安煤矿深部返修巷道锚网索耦合支护技术

在现场工程调查、岩体矿物分析实验的基础之上，分析并指出了巷道失稳破坏的原因是软化难度系数大、地应力水平高、围岩性质差，原支护设计不当。确认巷道围岩类型为高应力节理化膨胀性（HJS）复合型软岩。并确定了其变形力学机制及支护对策，进而对巷道返修提出了新的锚网索耦合支护设计。     

巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

微孔洞缺陷岩石轴压下弹塑脆性模型损伤研究

开展孔洞缺陷介质破坏行为的研究,是当今固体力学特别是岩石力学研究的重要课题之一,具有重要的学术和工程意义。采用细观单元的弹塑脆性损伤本构,考虑材料的非均质特性,对不同均质度、不同试样尺寸孔洞缺陷建立了基于细观力学的岩石弹塑脆性损伤模型,研究了岩石在单轴压缩荷载下的细观弹塑性损伤破坏行为,通过将有限元计算结果与物理实验对比,分析孔洞缺陷介质破坏行为,得出试样尺寸和均质度对岩石损伤影响的一般规律。     

软岩巷道在周边爆破反复作用下的损伤疲劳破坏

本文分析了软岩巷道围岩在远区爆破弱应力波反复作用下的损伤疲劳破坏机理,认为：岩石在周期性荷载作用下会产生疲劳损伤,所引起的力学性能变化对岩体工程的长期稳定性有重要影响;岩石的疲劳破坏存在门槛值,只有在局部应变或损伤疲劳累积达到疲劳裂纹扩展门槛时,疲劳裂纹才会形成和扩展;岩石疲劳裂纹的起裂韧度比其断裂韧度小得多,因此岩石会在远低于其断裂韧度的循环应力作用下发生疲劳损伤破坏.     

采动过程中底板岩层变形破坏与损伤机理分析

底板岩层在采动过程中的变形破坏取决于底板的应力场和原生缺陷分布。为了研究底板岩层破坏的细观机理,描述底板岩层的裂隙演化,在分析煤层底板应力环境的基础上,基于岩石工程破坏准则,采用连续介质损伤力学和几何损伤理论的研究方法将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)破坏准则,建立了煤层底板脆性裂隙岩体介质在孔隙水压力作用下受采动影响的脆性动力损伤发展和孔隙率演变模型。并应用该模型对谢桥矿8#煤层开采过程中的底板变形破坏特征和裂隙水的迁移活动规律进行了脆性动力损伤分析。该损伤力学模型可用于煤层底板稳定性分析。     

损伤力学用于岩石强度的分析

鉴于用常规实验方法得出的岩石强度及应力应变关系的离散性较大，本文应用损伤力学理论，建立了岩石的弹性损伤本构关系，这有助于揭示岩石强度的真实特性，也有助于研究围压和损伤程度对岩石强度的影响规律。     

岩石力学在采矿工程中的研究现状和趋势

从力学分支和学科联合的角度介绍了岩石力学在采矿工程中应用情况,并针对目前采矿工程中各个具体研究领域中涉及到的岩石力学理论和手段做了分析,最后指出了岩石力学在采矿工程应用中的发展趋势。     

岩石力学数值模拟方法用于采矿工程的技术经济探讨与教学实践

结合采矿工程特点以及岩石力学数值模拟方法的发展现状,分别从技术、经济与人才培养三个方面对数值模拟方法在采矿工程中的应用问题展开探讨。采矿工程在力学背景、工程稳定性要求及价值目标等方面均有别于其他岩石工程,这对其选择何种方法解决生产过程中遇到的岩石力学问题有显著影响,突出表现为成本的敏感性。由于模型误差、参数选择误差和监测数据反演误差等系统性误差的客观存在性,这导致数值模拟方法在预测岩石力学问题的精确度(可靠性)方面存在着发展的"上限"。而采矿工程中的岩石力学问题对计算及预测精确度的需求存在"下限",因此,只要保证数值模拟方法预测的精确度"上限"达到采矿工程需要的"下限"即是其成功的应用。岩石力学数值模拟方法预测的精确度与成本投入之间存在一定的正相关关系,机会成本及决策风险控制因素对矿山企业应用岩石力学数值模拟方法的效果有重要影响。此外,高等院校在采矿工程人才培养方面加强岩石力学教育,为矿山企业输送具有较高岩石力学素质的采矿工程师,将是引领矿业技术进步的重要组成部分。     

基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟

传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬时扩展和亚临界扩展的物理机制,运用损伤力学与断裂力学理论,建立了基于微裂纹演化的岩石细观蠕变损伤本构方程及破裂准则;采用Matlab软件编程将该细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中,实现了一种能够模拟岩石蠕变损伤与破裂演化全过程的数值方法。在此基础上,利用建立的数值方法对双轴压缩条件下岩石蠕变过程进行了数值模拟,模拟结果很好地表征了岩石典型的3阶段蠕变特征,并以一种物理真实、可视化的方式深入地揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。     

裂隙分布对地下硐室稳定性的影响研究

根据断裂力学和损伤力学的理论和方法，用岩体宏观损伤张量和岩体损伤应变分析了裂隙体对岩体应力，应变的影响。通过岩体宏观裂隙的断裂扩展研究，建立岩体损伤演化方程，对地下酮室稳定性进行有限数值计算，分析讨论了裂隙损伤对稳定性的影响。     

会东铅锌矿露天边坡岩体力学参数的确定

边坡稳定性计算中,需要对岩块试验数据进行工程处理,将其换算成岩体的力学参数之后才能用于工程计算。本文根据会东铅锌矿的具体工程地质与水文地质条件,运用已有的理论与经验方法,就岩石力学参数的工程处现问题作了一些探讨,提出了确定岩体力学参数的具体方法。