层状复合岩体力学的相似模拟

针对层状复合岩体力学中模拟试验的相似问题,用因次理论分析了处于弹性和粘弹性状态下的单一岩层和层状复合岩体模拟试验的相似关系,并确定了各物理量间的相似关系。     

层状复合岩体相似模拟的试验研究

层状复合岩体是工程施工中常见的岩体结构,采用相似材料制作模型,其材料与岩石的结构及破坏形式类似。通过单轴压缩试验研究层状复合岩体相似模型的应力应变关系及破坏形式,试验结果很好地验证了理论分析结论。     

露天转地下房柱法开采扰动下采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC3D数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究.结果表明,第三阶段矿体开挖后,...     

层状岩体高陡边坡底摩擦模拟试验研究

应用正交设计原理，进行了多因素的层状岩体高陡边坡底摩擦模拟，获得了层状岩体高陡边坡在自重应力作用下的变形规律和破坏机理，其试验结果对确定高陡边坡破坏模式等具有指导意义。     

急倾斜层状岩体巷道顶板膨胀型浆体注浆支护效果研究

为分析急倾斜层状岩体巷道顶板注浆后的支护效果,采用ABAQUS软件分别建立其顶板层理面普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆加固以及未注浆的数值分析模型,对比分析了不同注浆条件下巷道顶板的位移、应力与塑性应变的变化特征。开展了急倾斜层状岩体巷道顶板注浆相似模拟试验,在相似模型中设置了与数值模拟对应的位移与应力监测点,对比分析了普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆后的顶板位移及应力变化特征,并结合相似模拟试验现象分析了膨胀型浆体的注浆加固机理。研究表明：普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆条件下的顶板垂直位移较未注浆分别平均减少了19.7%和30.2%,膨胀型浆体注浆较普通型浆体注浆的垂直应力平均降低了18.4%。相似模拟试验中,巷道顶板位移及内部应力变化规律与数值模拟相吻合,膨胀型浆体注浆后的顶板承载能力和抵抗变形能力更强,加载后较普通型注浆下的顶板位移与应力更小。研究结果进一步表明,膨胀型浆体对于急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固具有良好的支护效果。     

岩体层面力学特性对层状复合岩体的影响

为了研究岩体工程中大量出现的层状复合岩体特殊力学性质,采用电子显微镜观察了他们的三维网状微结构特征和初始损伤．分析了层间结合状态和各亚层的应力σ1＋,σ2＋,σ3＋和应变εi;以及其他力学参数E,h,I等对层状复合岩体力学特性的不利影响．试验研究表明：层状复合岩梁中的应力σi与第j层的Et,层间抗剪强度τi以及荷栽性质密切相关,而挠度是复合岩梁尺寸及弹性模量等参数的函数．不同岩石构成的层状复合岩体表现出各自特殊的变形与破坏特性．岩体的工程强度及抗变形能力随着层间结合力的下降、 层间厚度的减小和岩石约束的降低而降低,而破坏的时间及变形量则会增大．     

层状岩体边坡粘弹性变形分析

针对层状边坡岩体力学特性的各向异性和流变性，建立了层状岩体流变变形分析的模拟格式，并给出了工程应用实例。     

深部层状红页岩巷道围岩松动圈的数值分析

对无层状岩体与层状岩体中巷道围岩松动圈的演化机制进行了模拟分析,得到了层理倾角下层状岩体中巷道围岩损伤弱化及裂纹萌生、扩张、贯通直至硐室破坏失稳过程,从数值模拟的角度定性分析了层状岩体的工程稳定问题。     

层状复合岩石双轴压缩的相似模拟实验研究

层状复合岩石是工程施工中常见的岩体结构.采用相似材料制作模型,通过双轴压缩实验研究单一岩石及水平和竖向层状复合岩石相似模型的荷载变形曲线及破坏形式,在特殊加载力的作用下,岩石破坏呈现出特殊拉-剪破坏规律,实验结果表明,在双向加载状态下,中间主应σ<,2>对试件的破坏强度有显著影响.     

“挤压-挠曲”复合底鼓机理及相似模拟技术研究

底板自身的受力状态、周围岩体的物理力学特征以及巷道的布置位置、相邻巷道的开掘方式等造成了深埋巷道层状底板底鼓机理的差异。现场大量事实表明,阳煤五矿+211水平皮带运输巷的底鼓属于一种"挤压-挠曲型"复合底鼓,且底鼓的发生位置不是常见的底板中央。通过对复合底鼓机理的理论分析,结合相似材料模拟试验,分析了深埋巷道底板变形、垂直应力和水平应力分布规律。该研究对了解非对称条件下深埋巷道"挤压-挠曲"复合底板围岩变形规律具有一定的指导意义。     

采动覆岩离层性确定方法及离层规律的研究

将层状岩体视为各向同性材料，采用富氏积分变换得出了水平煤层开采覆岩离层的解析表达式。同时，采用动态模型辨识和参数识别方法，相似材料模拟方法，并结合部分实测资料，对采动覆岩离层的动态发育规律进行了探讨。     

深部层状岩体巷道承载特性的物理模拟试验研究

为研究深部高应力条件下层状岩体巷道的承载特性及失稳机理,采用物理相似模拟试验方法,并借助高速摄像机、静态电阻应变仪、位移计等手段,研究了不同支护方式(无支护、锚杆支护、锚杆索支护)层状岩体巷道的变形破坏特征和应力演化规律;同时,从压力拱的角度分析了层状岩体巷道的成拱特性。研究结果表明:无支护条件下,巷道围岩变形破坏严重,顶板大面积垮落,呈现倒V型破坏区,无法形成有效的压力拱结构;采取锚杆支护和锚杆索支护后,巷道围岩应力状态得到改善,能够形成有效的压力拱,围岩变形量减小。研究成果为类似地质条件巷道支护设计提供了依据。     

三维复合岩层损伤本构关系与演化方程

根据岩石微结构模型及应力应变发展规律，运用统计学与损伤理论，建立了三维复合岩层的损伤演化方程及损伤本构关系。实验结果表明，二者吻合良好。这对正确描述复合岩层损伤破坏过程，深入研究层状岩体的稳定性具有实际意义。     

层状岩体边坡整体安全系数数值求解方法对比分析

层状岩体的强度既受层面和层间岩石力学性质的协同控制,也受到边坡临空面与层面产状组合关系的制约,这使得层状岩体边坡的稳定性分析问题有别于一般的各向同性岩质边坡。在深度查阅层状边坡整体稳定性数值分析方法文献的基础上,将分析方法归为基于层面接触单元的强度折减法、基于层面薄层单元的强度折减法、基于隐式节理等效连续模型的强度折减法和基于层状岩体点安全系数的面积加权平均法4类。从这4类分析方法的基本原理出发,采用相同的边界条件、计算收敛标准和力学参数,对已有文献中的经典算例进行了比较分析,进而给出这些方法的优缺点和适用范围。结果表明,无论是采用何种力学模型或模拟手段分析层状岩体边坡稳定性,均应通过不同的方式表现层状岩体力学性质的层面依赖性特征,否则给出的边坡潜在破坏模式与实际情况差异较大;基于隐式节理等效连续模型的强度折减法的安全系数计算结果与其他3类方法有较大差异;各类求解方法都能有效给出相似的潜在滑动面,基于层状岩体点安全系数的面积加权平均法求解效率最高,但在非临界状态下,需要借助其他手段确定潜在滑动面。4类安全系数数值求解方法为层状岩体边坡稳定性分析提供了科学依据。     

岩土工程模型试验的理论与方法

根据相似三定理,利用方程推导求解了岩土工程线弹性模型试验、破坏模型试验应满足的相似判据,详细阐述了岩土工程模型试验相似材料选择的原则、岩体的模拟方法以及试验荷载模拟和试验测量方法。     

不同节理模型在层状复合岩石离散元模拟中的应用

煤矿巷道围岩中广泛存在由不同岩性岩石组成的层状复合岩体,其变形破坏具有强烈的各向异性特征,对巷道的稳定安全会产生特殊的影响。目前,除了物理力学试验手段以外,离散元模拟被越来越广泛地应用到数值模拟研究中。本文以物理模拟试验为基础,在颗粒流模拟程序PFC^2D平台中分别采用删除颗粒黏结(bond removal method, BRM)和光滑节理模型(smooth joint model, SJM)2种节理面处理方式建立了层状复合岩石的模拟模型。模拟研究结果表明：SJM模拟模型可以更好地反映物理试验的应力—应变曲线形态,而BRM模型会在岩层倾角较大时产生较大的塑性变形,无法反映室内试验试样的脆性破坏特征。2种节理模型均可整体反映物理模拟试样的强度变形各向异性规律以及破坏模式,但SJM模型能更好地反映物理试样单轴压缩强度和弹性模量的各向异性特征,而BRM模型试样的宏观破裂面比SJM模型试样更加显著,与物理试样的破裂面更接近。另一方面,SJM节理模型能单独统计出SJM拉伸裂纹和剪切裂纹,通过分析这些裂纹的数目和分布区域可以更好地分析层状复合岩石试样破坏的细观机理。研究结论为...     

岩土工程模型试验的理论与方法

根据相似三定理,利用方程推导求解了岩土工程线弹性模型试验、破坏模型试验应满足的相似判据,详细阐述了岩土工程模型试验相似材料选择的原则、岩体的模拟方法以及试验荷载模拟和试验测量方法.     

深部开采动静载荷作用下复合动力灾害致灾机理研究

为研究深部开采动静载荷条件下冲击地压、突出两种灾害相互作用形成的复合动力灾害的发生条件与显现特征,利用重庆大学自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",以层状复合煤岩体为研究对象,进行了改变静应力组合、交变载荷频率和幅值、应变率及气体压力等试验条件的系列真三轴试验。试验结果表明:中间主应力、气体压力、交变频率和幅值、应变率等对复合动力灾害的显现特征均有较大的影响;真三轴试验条件下,层状复合煤岩体在临空面一侧多以劈裂成板、板曲折断的层裂形式破坏;基于荷载类型,可将复合动力灾害分为高静载型、扰动型、冲击型复合动力灾害3种类型,且在各类复合型动力灾害中,高压气体对复合动力灾害的孕育和发生具有积极的作用。     

煤巷层状顶板破坏机理分析

文章应用离散元数值模拟过程分析方法，结合现场实际现象和相似材料模拟的试验结果，对煤巷层状岩石顶板的变形破坏机制进行了分析，结果表明层状岩石顶板主要是受水平压应力作用产生离层、弯曲破坏，而不是直接受垂直压力作用以承载梁的形式破坏，进而说明组合梁理论不适合作为这类顶板的锚杆支护原理。     

夹层倾角及深度对承压板试验影响的数值模拟

结合现行的承压板变形试验标准,对含有倾斜夹层的岩体进行了计算机数值模拟,研究了深度和倾角对层状岩体变形模量测试的影响.结果表明:夹层的存在增大了岩体的变形范围;夹层倾角较小时,岩体等效变形模量的变化范围不大,夹层倾角较大时,岩体等效变形模量明显偏低;并且夹层的深度越大对测试结果的影响越小.该研究成果对承压板试验方法有一定的参考价值.