软弱破碎岩体中的自重应力及其工程意义

本文绘出了地下岩体由弹性进入“潜塑”状态临界深度的计算公式，进而给出了临界深度上下岩体中自重应力的计算方法。并用实例分析说明了本计算方法与传统方法计算结果的误差，最后利用上述研究结论，分析了深部软岩巷道地压大的真正原因，提出了改进地下岩石工程模拟分析中应力边界条件简化的建议。     

软岩分类及软岩巷道支护方法

本文根据软弱岩体中起主要影响作用的因素将软弱岩体分为五种类型 :即软弱型、破碎型、软弱破碎型、高应力型和膨胀型 ,给出了相应的分类指标及其国际工程岩体分级标准中参数Q的对应值 ;并根据不同类型软岩巷道围岩变形定性规律、失稳规律确定出其支护原则和支护方案。     

岩体软弱夹层的渗透性对水压力响应的研究

由于软弱带岩体的工程特性很差，且又处于应力场和渗流场中，在外荷载的作用下，岩体的结构将发生变化，进而引起岩体的渗透性发生变化，从而改造岩体的应力场。以某水电站工程坝址区软弱带岩体所作的渗透变形试验资料为基础，分析岩体所受应力、岩体结构及岩体的渗透性之间的关系。给出了反应软弱带岩体的渗透性与孔隙度之间关系的表达式。     

软岩的工程分类及其支护原则

本文从考虑岩体结构特征、地应力状况及简单实用的角度出发，将软岩划分为松散型、软弱型、破碎型、高应力型及膨胀型五种基本类型，提出了不同类型软岩的支护原则，最后给出了两个工程实例。     

软岩的工程分类及其支护原则

本文从考虑岩体结构特征，地应力状况及简单应用的角度出发，将软岩划分为松散型，软弱型，破碎型，高应力型及膨胀型五种基本类型，提出了不同类型软岩的支护原则，最后给出了两个工程实例。     

岩体巷道光面爆破参数的分析与应用

在强度高、完整性好的岩体中实施光面爆破,通常都能取得较理想的爆破效果.对于软弱破碎岩体,由于各种结构弱面和夹层,以及岩体的振动损伤,按常规法参数设计的光面爆破,一般很难获得较好的爆破效果.针对此类岩体,分析了光面爆破作用机理和作用过程以及岩体损伤特性,基于应力波与爆生气体综合作用原理,提出了不考虑损伤和考虑损伤条件下,光面爆破参数确定的理论计算方法.通过与常用光面爆破参数的比较和现场爆破论证说明,基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论的光面爆破计算公式,适用于软弱破碎岩体及损伤岩体光面爆破参数的确定;软弱破碎岩体的光面爆破,爆炸应力波使炮孔眼壁产生初始裂纹,爆生气体准静压力在裂缝的扩展、贯通过程起了主导作用;光爆层损伤后,周边眼炮孔间距和抵抗线可适当加大.     

深部软弱围岩流变应力恢复法地应力测量技术及应用

简述了深部软弱围岩流变应力恢复法(RSR法)地应力测试的原理、测试仪器及测试过程,并给出了该方法在平煤一矿测点约877m处的三维地应力状态实测数据。测量结果显示:三个主应力中,最大主应力和最小主应力近于水平,中间主应力近于垂直,属于水平构造应力场类型;最大主应力方向近于NW—SE方向,与平顶山地区近期的构造运动历史相一致。该方法测得的结果与应力解除法的测量结果相吻合;实测表明流变应力恢复法具有较大的使用价值,特别在深部软弱破碎的复杂地质条件下,在传统地应力测试方法难以实施时,该方法仍能顺利实现,适应性较强。     

软弱破碎矿体采场支护技术研究

采场支护一直是软弱破碎矿床的开采中需要解决的技术难题之一。针对某矿山软弱破碎矿体采场支护过程中面临的技术难题,依据岩体质量分级结果,给出了采场支护优化方案,并选择采场进行了现场应用,结果表明,优化后的支护方案具有良好的经济性,可较好地控制采场破坏变形,同时,采场的出矿效率大幅增加。适合在国内同类型矿体开采中大规模推广。     

近水平煤层综采工作面顶板应力-渗流耦合响应分析

我国煤炭资源开采面向大深度、高地应力、高岩溶水压及地温方向发展,煤矿面临灾害种类繁多。采用应力-渗流耦合的数值计算方法,重点分析承压含水层岩体下采煤过程中渗流场、应力场演化规律,分析了工作面推进过程中岩石破断规律及岩层交界面对岩石裂缝扩展路径的导向作用和对孔隙水压力分布、水头分布的变化规律,预测承压流体涌入工作面可能性。     

煤炭深部开采界定及采动响应分析

科学界定深部是深部开采理论发展与技术实践的重要问题,探讨适于我国煤炭现代开采实践的深部开采界定方法具有重要意义。为此,综合考虑我国煤矿矿区深部岩石、地下水环境和现代开采方式,将区域应力场与采动应力场分析相结合,基于我国地壳浅部、煤矿矿区深部准静水应力状态分析,进一步研究我国煤矿矿区的深部界定、基于不同矿区煤岩状态(岩性及组合、含水性等)差异的相对深部界定和开采时动态深部区确定方法。研究表明,原岩初始状态和开采方式共同决定了采动力学状态及变化规律和其他伴生状态变化。基于深部与浅部的力学状态差异,将深部开采界定为在高地应力环境且具有采动非线性力学响应的煤岩体空间实施的采矿活动;依据我国煤矿矿区应力场统计变化规律和准静水应力状态分析,采用平均侧压系数K_(av)(即:水平最大主应力和最小主应力的平均值与垂直应力之比)确定煤矿矿区深部临界深度,结合我国中东部深部开采实践确定的参考深部临界深度H_m为850～900 m;基于不同矿区原岩差异性(岩性及组合、含水性等),建立了不同初始状态时实际深部临界深度H_s(简称为视临界深度)与H_m比较模型,分析发现采动煤层覆岩越软和含水性越强,其深部临界深度越浅(或"趋浅"),降低幅度可达30%～50%;基于开采"应力拱"现象构建了深部采动应力状态K_(av)模型和H_s计算方法,采动响应分析表明:开采工作面切眼外侧及采场前端局部H_s呈变浅→变深→正常的变化特征(或"端部效应"),工作面中部区域呈变浅趋势(或"趋浅"),采高越大其H_s"趋浅"效应越显著,而随工作面推进距离增加端部效应变小;东、中、西部典型矿区H_s与H_m比较表明:东部矿区H_s偏深,中部矿区深度相近,西部(陕、蒙等)地下水丰富的矿区偏浅,在500～600 m即可达到实际深部临界深度,采深400～500 m时大采高工作面两端外侧局部也可显现深部力学状态。研究基于我国深部岩石力学研究成果和开采条件及现代开采方式,探讨提出的深部界定方法和结果,与已有深部开采理论研究与实践成果比较证实,该方法具有理论合理性和结果可靠性。     

破碎岩体巷道变形破坏特征的数值模拟研究

为了研究岩体节理裂隙分布规律对巷道围岩稳定性的影响,依据概率与统计理论建立了破碎岩体结构面产状、规模和密度的概率模型,并运用Monte-Carlo随机模拟方法生成了可以描述和表征破碎岩体及其裂隙结构信息的二维结构面网络模型.在此基础上,建立了破碎岩体条件下巷道围岩结构的离散元数值计算模型,分析了块状型和破碎型围岩的应力状态、塑性区分布以及变形特征.研究结果表明:岩体结构面分布的尺度和规模对巷道围岩的应力状态有较大影响,破碎型围岩的承载能力明显低于块状型围岩;破碎岩体变形不再是岩体材料的本质属性,而是破裂块体之间的镶嵌组合的一种结构效应.     

节理岩体中地下水流动的离散元模拟

地下水在节理岩体中流动时,会引起岩体中应力场与渗流场的相互作用,以节理开度变化为纽带,进行了岩体中渗流场与应力场的耦合分析,并用离散元法完成了计算,给出了计算实例。     

破碎岩体流固耦合渗流的分岔

利用承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验规律,对破碎岩体渗流动力系统进行了应力场与渗流场耦合的分岔行为研究.根据多孔介质的有效应力原理建立了含有孔隙度及孔隙压力等渗流物理量的应力场控制方程;考虑流体与固体骨架各自的运动速度,分别建立了流体非Darcy渗流的运动方程以及固体骨架和流体的连续性方程,推导出含有应力场体积应变的渗流场控制方程;得到了垮落破碎岩体由自然堆放状态过渡到压实状态时的弹性流固耦合一维非Darcy渗流的非线性动力学方程组,分析并求解了渗流系统的平衡态,利用逐次亚松弛迭代法分析了平衡态的稳定性,得到了无量纲化孔隙压力、渗流速度随参数变化的动力学响应,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔.在分岔点处任意微小的扰动易诱发渗流失稳,引发突水等动力学灾害.     

基于应力波理论的断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔效应研究

为了研究断层对开采沉陷影响机制，将工作面开采对覆岩的扰动视为应力波在岩层介质中的传递，建立了应力波在软弱岩层和坚硬岩层间双向传递的应力表达式。采用理论和数值计算分析了软弱岩层介质对应力波传递的影响，揭示了断层对覆岩移动变形和应力传递阻隔机制并通过相似模拟进行验证，最后利用数值计算分析了不同断层特征参数对覆岩移动变形阻隔作用的影响程度。结果表明：工作面开采产生的应力波波速越大，采动对覆岩的扰动越大|断层带岩体作为破碎带存在，应力波在断层带岩体多重反射作用下穿过断层带后波速下降明显，开采盘与非开采盘应力波最大波速之比为4.68～35.61，断层对采动应力传递具有阻隔效应，覆岩移动变形主要发生在开采盘|由于应力波穿越断层后在浅部波速衰减小于深部，浅部断层带岩体先于深部断层带岩体发生非连续变形|断层特征参数对覆岩移动变形传递阻隔作用排序为断层带宽度＞断层落差＞断层倾角＞断层带岩体内摩擦角＞断层带岩体黏聚力。     

尾矿坝固结渗流的分析模型和计算方法研究

从分析尾矿坝堆积尾矿固结条件、固结状态和应力状态 (应力场 )入手 ,考虑固结状态不同和应力场的不同对渗流场的影响 ,提出了尾矿坝固结渗流分析模型和相应的计算方法。     

忻州窑矿高集中应力区域应力分布规律研究及应用

基于地质动力学原理,从大同矿区地质动力环境出发,采用绘图法将研究区划分为Ⅰ～Ⅴ级五个等级的断块;应用"岩体应力状态分析系统"构建应力计算模型,通过计算得出应力分布特征;揭示了构造应力场对冲击地压的控制作用,为矿井高集中应力区域冲击地压的防治供理论依据。     

地下水和温度影响下的深部巷道变形特征

由于深部岩体长期处于应力场、渗流场和温度场三场耦合环境中,导致岩石性质已经不同于浅部。深入了解和掌握深部环境中的岩体工程的力学特性显得非常重要且急迫。因此总结分析了应力场、渗流场和温度场三场之间的耦合关系,并给出了三场平衡方程。运用FLAC3D软件建立起包含应力场、渗流场和温度场的数值计算模型,根据模拟所得的应力、位移分析了孔隙水压、温度和热对流系数对巷道变形破坏的影响。     

尾矿坝固结渗流的分析模型和计算方法研究

从分析尾矿坝堆积尾矿固结条件、固结状态和应力状态(应力场)入手,考虑固结状态不同和应力场的不同对渗流场的影响,提出了尾矿坝固结渗流分析模型和相应的计算方法.     

深部高应力巷道开挖方向对稳定性影响分析研究

在阿舍勒铜矿深部不同中段选取3个测试点,采用套孔应力解除法进行了现场地应力测试分析,准确确认深部岩体处于较高地应力状态。采用数值模拟计算方法,计算得出最大主应力与巷道轴线夹角分别为0°、30°、60°、90°时的巷道围岩位移场、应力场和塑性区云图,分析了深部高应力巷道开挖方向对其稳定性的影响,得出了高应力巷道开挖时,巷道布置方向与最大主应力方向夹角在30°以内时,高地应力对巷道稳定性影响较小的结论。     

高应力巷道锚固复合承载体及其承载效应研究

采用锚杆支护的巷道,锚杆和其巷道锚固范围内的浅层破碎围岩共同作用形成的具有一定承载能力的结构称为锚固复合承载体,锚杆支护主要改善了承载体内围岩应力分布状态.采用理论分析对锚固复合承载体进行研究,建立围岩-支护相互作用机制的基础.考虑高应力岩体不可压缩性,采用Levy-Mises增量型本构关系对围岩塑性进行表述,并考虑中间主应力的影响,利用修正Mohr-Coulomb强度准则进行高应力锚固巷道围岩力学分析,给出出现塑性变形时的原岩应力阈值.算例与分析的对比结果表明,基于锚固复合承载体承载效应,利用Levy-Mises本构关系修正的Mohr-Coulomb强度准则更适用于高应力场巷道围岩分析.