辉绿岩在加、卸荷条件下的岩体力学特性试验

根据地下工程岩体开挖失稳的特点,通过室内对辉绿岩在不同的围压下的加卸载试验,研究了辉绿岩在不同的加卸载路径下的力学特性;并采用能量理论、损伤力学的观点对室内试验的岩体破坏的力学特性进行了分析,得到了岩样在加卸条件下岩体的变形特征、岩体损伤演化过程、不同路径下的岩体强度等特性,并对不同路径的力学特性、力学参数和破坏机理进行了对比分析。根据试验结果表明：采用卸载的方式获得的岩体力学参数更接近于地下工程的开挖实际。     

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。     

深部巷道非对称变形的分区力学模型研究

针对深部巷道开挖后围岩非对称变形现象,基于结构力学相关理论,对巷道围岩变形破坏进行了不同分区岩体梁的力学模型构建及数值模拟分析。得出各分区岩体梁变形的弯矩方程和挠度方程,理论分析了各分区岩体梁的变形最大弯矩及最大挠度位置。模拟结果对构建的力学模型进行了有力验证,得出各分区岩体梁的危险位置,可对相关问题提供一定的理论参考。     

含结构面岩体三轴压缩试验数值模拟研究

基于现行岩体力学试验方法, 建立三轴压缩试验数值模型并辨识模型的可行性。以风滩水电站为背景, 对含结构面的岩体进行三轴压缩试验数值模拟, 研究了岩体等效弹性模量各向异性的尺寸效应以及岩体结构面倾角、间距等因素对岩体等效弹性模量的影响。采用此法模拟岩体三轴压缩试验0求解岩体等效弹性模量, 克服了承压板变形试验求解岩体等效弹性模量的理论缺陷, 避免了现场岩体三轴试验周期长、代价昂贵等不足, 为求解含结构面岩体的宏观力学参数开辟了一条新的途径。     

深部圆形巷道开挖卸荷的围岩力学特征及破坏机理

针对深部高地应力条件下巷道开挖卸荷造成的围岩强烈扰动问题,基于弹性卸荷理论,运用留数定理和拉氏逆变换的延滞性给出动态开挖卸荷应力解析解。在此基础上,研究深部开挖卸荷下围岩力学特征和破坏机理,根据围岩力学特征建立动态卸荷的强度准则和拉压损伤模型。通过算例探讨初始地应力、开挖半径、卸荷时间和岩体动态强度对围岩卸荷破坏与稳定的影响。结果表明:深部开挖卸荷下围岩力学特征主要表现为最小主应力卸荷、最大主应力集中,而主应力差的瞬间增大,诱发开挖面内裂隙扩展、贯通,形成由强及弱连续分布的破坏区,构成二次支护前维系围岩稳定的支撑结构。深部动态开挖卸荷下,初始地应力和开挖半径越大、卸荷时间越短,围岩损伤越严重,破坏范围越广,对围岩的扰动越强烈;而岩体动黏聚力和动摩擦角越大,围岩的破坏范围越小,围岩越稳定。分析结果对深入研究高地应下巷道开挖的破坏机制具有重要意义。     

新城金矿滕家矿区深部巷道围岩破坏与数值分析

针对新城金矿滕家矿区深部巷道围岩进行现场工程地质调查、岩石力学实验，分别应用RMR、Q和GSI方法对巷道围岩进行岩体质量分级，确定其围岩体质量等级为III级，岩体质量差~一般。以岩体质量分级为基础，应用Hoek-brown准则和经验公式估算岩体力学参数。应用弹塑性力学解析巷道围岩塑性区破坏范围，并以此为基础应用Phase2对巷道围岩稳定性进行分析。结果表明：巷道顶板塑性破坏范围为0.598 m，两帮塑性破坏范围分别为0.84 m和0.695 m；巷道顶板位移为7.2 mm，两帮位移分别为7.6 mm和6.8 mm；从巷道围岩应力分析可以看出，深部巷道开挖产生的应力集中超过岩体强度，由此判断深部巷道围岩破坏主要是开挖扰动应力作用在节理化岩体上致使巷道围岩失稳破坏，本研究结果对该矿深部巷道围岩支护提供依据。     

数值模拟研究中采动岩体力学参数的确定

为了建立一种在数值模型中确定煤岩体物理力学参数较为实用有效的方法，采用实验室试验和现场监测相结合的方法，并借鉴前人的一些经验公式，使模拟结果更加接近真实的反映煤岩层变形和破坏行为．研究结果表明，这种岩体力学参数的选取方法，将实验室试验结果和现场围岩破碎程度测试结果，与岩体力学参数的选取结合起来，使岩体力学参数的确定方法从原来完全凭借经验，到将经验、实测与理论方法相结合，使围岩力学参数的确定更具有一定的科学性．该方法可以比较简单地使数值模拟中岩体物理力学参数合理化，并使模拟结果能更大程度的真实反映工作面在实际的采掘过程中的煤岩体变形和破坏情况．但绝对不能说，依照本方法得出的参数本身就是真实的岩体性质参数．     

节理岩体的等效“层理”方法及其工程应用

现有等效方法难以考虑岩体力学参数的各向异性，基于统计优势结构面理论，提出研究岩体各向异性的等效“层理”方法。首先，在利用ShapeMetrix 3D测量系统进行现场结构面实测和室内常规试验基础上，采用真实破裂过程分析(RFPA)软件进行了岩体力学参数尺寸效应的研究，分析了表征单元体(Representative Elementary Volume, REV)力学特性的各向异性，确定了各向异性力学参数。然后，基于优势结构面理论，根据弹性主方向确定了等效“层理”方向。最后，采用横观各向同性弹性损伤理论和有限元方法，分析了不同等效层理下巷道围岩变形与破坏的特点。研究表明，节理角度不同，损伤分布区域存在明显差异，其分布情况基本上与岩体等效“层理”方向呈互相垂直的分布关系。等效“层理”方向同样会影响巷道顶板的最大主应力，因此，巷道支护设计考虑岩体的各向异性才能更好地保证矿山工程的安全性。     

基于块体理论岩体失稳及数值模拟分析

以某地下开采矿山为背景,结合现场工程地质情况,分析了开采区域的岩体结构特征及其岩石物理力学特性,基于块体理论,利用FLAC3D数值模拟方法,建立了充分反映现场实际开采现状的力学模型,研究了开挖过程中围岩的力学效应,为开挖过程中的围岩稳定性分析提供一定的理论依据。     

基于损伤力学的岩体宏观力学参数研究

根据脆性材料研究的成果 ,采用自洽理论建立了岩体的损伤力学模型 ,该模型能够通过岩块和结构面的性质反映整个岩体的力学性质。采用所建立的损伤力学模型 ,结合岩体现场试验的要求 ,提出了岩体现场力学试验的计算机模拟方法 ,并用该方法对某核电站的核岛区岩体宏观力学参数进行了模拟 ,结果表明该文的方法能够解决实际工程中所遇到的岩体宏观力学参数难以确定的问题     

基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡岩体力学参数修正方法研究

高海拔高寒地区露天矿边坡岩体的冻融损伤特性对边坡稳定性至关重要。以某高海拔高寒地区露天矿边坡为工程背景,深入分析了冻融循环作用下高寒地区岩体力学特性的变化规律,创新性的提出了基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡岩体力学参数的修正方法,并运用于该露天矿边坡岩体力学参数的修正,得到了可反映岩体冻融损伤的力学参数组,为露天矿开采边坡角的确定和边坡稳定性分析提供了可靠的基础数据。     

基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡 岩体力学参数修正方法

高海拔高寒地区露天矿边坡岩体的冻融损伤特性对边坡稳定性至关重要。以某高海拔高寒地区露天矿边坡为工程背景,深入分析了冻融循环作用下高寒地区岩体力学特性的变化规律,创新性的提出了基于岩体冻融损伤特性的高海拔高寒地区露天矿边坡岩体力学参数的修正方法,并运用于该露天矿边坡岩体力学参数的修正,得到了可反映岩体冻融损伤的力学参数组,为露天矿开采边坡角的确定和边坡稳定性分析提供了可靠的基础数据。     

岩滩水电站地下厂房洞室群围岩稳定性分析

随着我国水利水电工程的发展,出现了许多的大跨度、高边墙地下洞室,洞周围岩的稳定性是设计和施工过程中关注的关键问题之一。根据岩滩水电站扩建工程地下厂房洞室群的布置情况,结合洞室围岩地质条件,采用FLAC^3D程序建立了数值分析模型。对施工开挖过程进行了模拟,研究了洞室群围岩开挖后的位移场、应力场和塑性区的分布特征,揭示了应力集中部位和围岩潜在破坏部位的分布规律。分析结果表明断层切割、洞室交叉是影响洞周围岩稳定性的主要因素,未与洞室切割的岩脉对洞周围岩稳定性影响不大。最后综合评价了洞室的稳定性,得到了一些有益结论。     

倾斜层状围岩变形规律的相似模拟研究

为研究倾斜层状围岩薄矿体在开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,以永昌铅锌矿矿体为物理试验模型,通过相似模拟材料试验建立二维地质模型,对在倾斜层状围岩条件下,薄矿体地下开挖后覆岩的变形破坏特征、力学特性和破坏过程进行研究。结果表明,顶板受第一次与第二次开挖影响最大,随着不断地开挖,沿着开挖方向的矿壁不断地变为间隔矿柱,每两次矿体开挖之间水平位移的方向均会发生一次反转;位于矿柱上方的围岩沉降值较小;覆岩水平变形与下沉的方向均指向采空区中心偏下区域;层状岩体易引起弯曲折断破坏;采场覆岩相对下沉增量和水平相对位移增量单调递减。     

加锚断续节理岩体力学特性的研究及其应用

按应变等效假设及自洽理论建立了加锚断续节理岩体在复杂应力状态 本构关系及其损伤演化方程，并将其应用于三同道峡船闸高边坡稳定性分析中。重点分析了边坡节理尖端产和 生裂纹的可能性及演化长度和用锚固手段减少节理损伤演化区和边坡变形量的效果。     

冲击荷载作用下煤矿泥岩能量耗散试验研究

岩石破裂破碎实质是一个能量吸收与耗散的过程,煤矿岩巷钻爆掘进过程中,既要有足够的爆炸能量使待开挖区岩石破裂破碎和抛掷、形成空腔,又要控制爆炸能量对保留岩体造成的损伤,尤其是冲击荷载作用时强度较低的泥岩的动态响应特性更需要重点研究。以淮南矿区典型巷道泥岩为研究对象,利用直径50 mm分离式Hopkinson试验装置开展不同冲击气压下泥岩动态压缩试验,研究在冲击荷载作用下泥岩的动态力学性能和破裂破碎特征,重点研究动荷载作用下泥岩的能量耗散规律。为了进一步揭示泥岩动态破碎破裂与泥岩构成主要化学成分与细观结构之间的关系,对泥岩的静态物理力学性能进行了测试并进行泥岩的X射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)测试,确定其主要组分、化学和颗粒成份;同时采用放大1 000倍的电子数码显微镜对泥岩试件表面、断口进行放大观察,从岩石细观结构出发,通过对细观结构变化、物理与力学过程的分析研究了岩石的损伤及其演化。结果表明:泥岩的主要化学成分主要为Si O2,其次为Al2O3,Fe2O3,其力学强度低,物理性能指标差,在冲击荷载作用下,泥岩内部大量空隙缺陷(如空穴,位错,微裂隙等)动力学过程加剧,形成损伤;在应力波的持续作用下,大量的微损伤和微观不均匀处在试件内部进行复杂的演化,在颗粒内部结构、沿颗粒间裂缝和沿晶粒界会产生大量的微裂纹并发展,在构造边界碎片分层、夹杂物中也产生裂纹,泥岩试件最终产生环向断裂破坏和轴向劈裂拉伸破坏;试件吸收能、透射能和反射能均随入射能增加而增加,分别呈线性、对数和二次函数形式增长;试件吸收能可以用单位体积耗能密度、单位质量耗能和吸收阻抗比能表征,三者均随入射能增加呈线性增长,随应变率呈二次函数增长。     

岩石稳定的位移突变判据

应用有限元数值分析方法模拟开挖施工过程中岩体随强度折减的位移变化，对开挖过程中岩体关键部位的位移时间序列进行尖点突变分析，以判别岩体位移的稳定性，从而分析岩体工程系统的稳定性。计算了有关的算例，并与其它计算方法作对比，验证了模型的合理性和有效性。     

基于渗流作用下含断层的露天矿边坡稳定性的数值模拟研究

为研究含断层露天边坡在渗流作用下的稳定性问题,本文采用 FLAC3D 数值模拟技术构建断层作用下的滑体力学模型,获得顺倾层状边坡分条稳定系数表达式,进而对渗流作用下含断层边坡稳定性的数值模拟分析。所得研究结果明确：岩体强度的弹性模量、内聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度等4种影响因素进行敏感性分析,通过分析这4种因素在不同工况下边坡的位移、应力、应变和安全系数,得出了各参数的敏感性分析曲线。从敏感性分析曲线可知,岩体的内聚力对边坡稳定性的影响最大,弹性模量对边坡稳定性的影响最小。开挖不同阶段边坡稳定性的主要影响因素存在差别,其中,前期以断层为主,后期则逐渐转化为渗流作用。该研究为今后露天矿边坡稳定性分析提供了科学依据,对于边坡稳定性分析具有重大的工程实际意义。     

基于岩体损伤模拟的露井联采边坡稳定性

岩体是具有初始几何损伤的多裂隙介质,露天和井工开采导致应力场发生改变,进而节理扩展,损伤增加,强度降低。根据Kawarnoto损伤张量概念、等效应变原理及断裂力学理论,对安太堡煤矿露井联采条件下的节理岩体损伤演化进行了模拟,得到了边坡岩体在露采与井采时损伤张量的时空分布演化特征。建议应用反映采动效应的损伤张量或截面损伤度作为岩体扰动参数,根据岩体质量分类RMR值,确定Hoek-Brown强度参数m和s,体现了岩体强度的各向异性和时空变化。应用到安太堡煤矿露井联采条件下的边坡稳定性分析中,安全系数为1.89~2.32,说明发生剪切破坏的可能性较小,边坡岩体的破坏主要由井工采空区坍塌引起。     

松树南沟矿区节理岩质边坡开挖稳定性分析

介绍了以野外现场调查为基础结合室内试验,借助RocDate软件根据岩石单轴抗压强度、地质强度指标,岩石材料参数和开挖影响因子,得出Hoek-Brown模型参数和岩体其他物理参数的方法,进而实现了室内岩石力学试验参数与野外现场实际岩体参数的过渡与衔接。建立数值分析模型,运用岩土工程软件FLAC3D,根据所获取的Hoek-Brown本构模型基本参数,对松树南沟矿区西南剖面节理岩质边坡进行开挖后稳定性分析。结果表明：①西南剖面边坡开挖后处于基本稳定状态,不存在大规模崩塌、滑移问题;②台阶边坡底部出现剪应力集中现象;③在边坡开挖台阶处出现了少量连通的塑性区域,局部边坡存在失稳可能,应对该区域加强监测与支护。