基于竖向位移差的块系岩体超低摩擦效应理论分析

深部块系岩体在强冲击扰动下其相对压紧程度会随时间变化,引起超低摩擦效应,而块体间竖向位移差是表征块体间相对压紧程度的直观指标。以块系岩体为研究对象,建立了考虑上覆岩层压力的岩体动力模型,推导得出垂直冲击作用下新的块体间竖向位移差公式并与试验结果进行了对比,验证了理论公式的正确性。最后分析了块体间阻尼、块体质量、垂直冲击幅值和频率等影响因素对相邻两块体间竖向位移差影响规律并以其最小值变化判断超低摩擦效应发生难易程度。竖向位移差最小值越小,超低摩擦效应愈趋显著。研究表明:块体模型受垂直冲击扰动作用时,块体在时间尺度上依次发生强迫振动和自由振动,而其运动过程按竖向位移差变化可分为超强挤压、强挤压、弱挤压和相互脱离4个阶段,相互脱离阶段和弱挤压阶段是超低摩擦效应易发阶段;块体质量、结构面阻尼变化对竖向位移差幅值及周期有明显影响,块体间竖向位移差最小值随块体质量增加以对数规律递增、随块体间结构面阻尼增加以线性规律递增;块体质量和结构面阻尼越小,超低摩擦效应更易发生。垂直冲击频率和幅值亦对块体间竖向位移差影响显著,竖向位移差最小值随垂直冲击载荷幅值增加而线性递减,随垂直冲击频率增加以对数规律递增,即低频、强冲击扰动更易诱发超低摩擦型冲击地压。     

深部开采岩体超低摩擦效应实验研究

对岩体超低摩擦现象的国内外研究现状进行了综述,介绍了岩体中存在的超低摩擦效应,指出在深部开采条件下,岩体工程中的超低摩擦现象与冲击地压、矿震、地震等扰动密切相关.利用卧式双向伺服加载实验机进行了岩石试件超低摩擦效应的实验研究.结果表明:水平向微小扰动比垂直向扰动对岩石试样接触面应力降的影响更为明显,说明水平向扰动是引起岩体超低摩擦效应的主要因素.     

基于数字图像相关技术的巷道模型变形监测试验

建立了基于数字图像相关技术(DIC)的矿山巷道模型变形监测与分析系统,对直墙半圆拱形巷道的模型试件在单轴竖向压缩载荷下的变形进行了二维(2D-DIC)测量和三维(3D-DIC)测量,分析了试件的平面内变形和离面位移,揭示了离面位移对2D-DIC测量结果的影响。试验表明进行模型的受压变形监测时,3D-DIC技术的测量结果更准确,当采用2D-DIC技术测量时,应尽量避免或减少试件的离面位移。研究丰富了实验室内巷道模型测试手段,对数字图像相关技术在矿山模型试验中的应用具有指导和参考价值。     

不规则岩块抗压强度的测定

介绍了不规则岩块强度和点荷载测试岩块强度的方法,通过点荷载强度试验得到不规则岩块的强度值,表明不规则岩块的强度远小于标准试件,不规则岩块的强度有很强的尺寸效应,通过点荷载得到的强度值,数据合理,而且不必对岩样进行加工,节省时间,减少工序,降低成本,可简单、方便、快速得到岩石强度的各种指标。     

基于加卸载响应比的载荷岩石动力学特征试验研究

利用单轴循环加卸载扰动试验,在不同应力水平对岩石试件施加幅度较小、周期较短的循环扰动荷载,得到试件在不同应力条件下扰动时的应力-应变状态,同时利用声发射监测设备对加卸载过程中试件内部损伤演化过程进行记录.试验显示,加卸载响应比值Y的变化特性与岩体所处的应力状态及其稳定程度相关,当荷载水平较低时,加卸载响应比值Y接近于1,试件比较稳定;而当荷载水平较高,接近试件破坏的临界状态时,加卸载响应比值会急剧增加,所以可以用加卸载响应比理论定量地分析岩石试件损伤演化过程,为扰动致灾动力学机理、诱发模式及预测预报提供试验基础.     

基于裂纹的岩石摩擦滑移位移演化实验研究

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究。用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直位移及水平位移的演化特征进行分析。结果表明:(1)剪应力缓慢增长阶段的位移演化,由围压起主要作用转变为围压和剪切力共同作用,线性增长阶段则以剪切力作用为主;界面咬合程度及水平错动位移的增减变化可作为界面摩擦滑移的前兆;(2)水平位移场绕流现象的出现和消失,分别是试件局部和整体滑移的前兆;(3)位移场云图中部等值线的倾斜角度可表征围压与剪应力的关系,也可作为试件局部和整体滑移的前兆。     

岩石流变扰动特性单轴压缩试验研究

深井软岩条件下扰动荷载会引起围岩流变变形,在已提出的岩石流变扰动效应、强度极限邻域等概念的前提下,为得到岩石流变扰动效应本构关系,首先对岩石流变扰动效应实验仪的冲击扰动加载装置进行设计改进,能够准确测量出单次扰动冲击力及扰动作用时间,接着利用红砂岩进行单轴条件下的岩石流变扰动效应实验,研究岩石在恒定轴向荷载下,处于强度极限邻域内和强度极限邻域外的流变扰动效应规律,根据实验结果,绘制了不同流变阶段的累计扰动变形量-累积扰动能量曲线,结合岩石流变扰动的影响因素,在流变扰动曲线的基础上建立了岩石流变扰动本构方程。     

岩石动态损伤块度分布的试验研究

利用一级轻气炮对岩石试件进行冲击损伤实验，采用软回收装置回收样品，并用筛分法确定冲击试验后矿岩破碎块度组成，分析不同动荷载下岩石的不同块度分布，建立动荷载下岩石破碎块度的分布规律，对爆破设计有一定的指导作用。     

循环加载岩石界面滑移位移演化特征试验研究

在岩土工程实践中,岩石界面摩擦滑移会引起工程失稳问题,严重威胁着人们的生命财产安全;岩石界面的滑移问题往往处于一种往复加载状态,目前大多数学者对于岩石界面滑移问题的研究往往是在单一的加载状态下进行的,而对于往复加载状态研究较少;为了研究循环加卸载作用下界面滑移位移场演化特征,设计并开展了花岗岩试件恒定围压下的双剪模型试验研究。利用CCD相机采集界面滑移过程中的散斑图像,并利用白光数值散斑相关方法对该组花岗岩试件在实验过程中的位移场、摩擦滑移位移在循环加卸载情况下的演化特征进行研究分析。试验结果表明:①在循环加卸载作用下,随着循环次数的增加,位移场会发生明显的摩擦滑移,且当循环到一定次数,试件会发生整体黏滑现象;②随着循环次数的增加,位移场随着循环加卸载发生明显的时空演化特征,空间上存在明显的剪切位移增大和减小区域,同时随着循环次数的增加位移存在明显的累积,表现为位移演化的分区性及剪切位移场累积效应。时间上存在剪切位移演化相对于剪切应力的滞后性;③相同剪应力水平下,随着循环次数的增加,垂直位移整体趋势有所降低,界面咬合程度增加,水平滑动位移有所增加,界面分区滑动机制改变,加载端和自由端存在明显的黏滑现象;④在试件发生整体黏滑前后,剪切位移随着循环次数的增加发生不同的变化;黏滑前,随着循环次数的增加,剪切位移缓慢增大,黏滑后,随着循环次数的增加剪切位移明显增大;即黏滑前后,界面滑移速率由小变大。     

基于裂纹的岩石摩擦滑移位移演化实验研究

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究。用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直位移及水平位移的演化特征进行分析。结果表明:①剪应力缓慢增长阶段的位移演化,由围压起主要作用转变为围压和剪切力共同作用,线性增长阶段则以剪切力作用为主;界面咬合程度及水平错动位移的增减变化可作为界面摩擦滑移的前兆;②水平位移场绕流现象的出现和消失,分别是试件局部和整体滑移的前兆;③位移场云图中部等值线的倾斜角度可表征围压与剪应力的关系,也可作为试件局部和整体滑移的前兆。     

地震作用下压力型锚索孔周边岩体应力数值模拟

为了更加精确地研究压力型锚索的锚固机理,通过FLAC3D软件对地震作用下压力型锚索孔周边岩体的动态应力状态进行了数值模拟,研究了地震作用下锚索孔壁周边岩体梯度变化的弹性模量、梯度变化的泊松比、梯度变化的凝聚力、梯度变化的内摩擦角对砂浆受到的压应力和锚索孔周边岩体受到的剪应力的影响。研究结果表明：梯度变化的弹性模量对锚索孔周边岩体受到的剪应力的影响较大,梯度变化的凝聚力、梯度变化的内摩擦角对砂浆受到的压应力和锚索孔周边岩体受到的剪应力的影响都比较大。研究结果丰富了地震作用下压力型锚索锚固机理内容,可供工程界参考。     

围岩扰动系数D的量化取值

本文根据Hoek-Diederichs公式,直观给出巷道围岩变形模量估计图表,计算出不同扰动参数D对岩体变形模量的影响。岩体开挖扰动系数D与扰动程度和扰动范围有关,提出了基于岩芯弹性模量分布的D值计算方法,以积分和距离均一化的形式给出D的量化公式。基于地质强度指数GSI、扰动系数D和Hoke-brown准则,估算深埋巷道岩体力学参数。数值计算出钻爆法施工巷道围岩的塑性区范围和位移值大小,并与现场实测值对比,塑性区相对误差低于11%,位移相对误差低于15%,该D值的估算方法有一定工程应用价值。     

磷块岩在动静加载作用下的破坏特性研究

在磷矿掘进开挖过程中,磷块岩在深部围岩开挖的扰动下,处于动静结合的应力状态,呈现不同程度的 开采破坏现象。 通过在室内展开不同预静载作用下的动静组合三轴试验,分析磷块岩在不同加载环境下的应力—应 变曲线与破坏模式,研究磷块岩在不同动静加载作用下的破坏特性。 结果表明:①动力扰动后的,磷块岩三轴抗压强 度比其在常规三轴静荷载试验下测得的强度低;②磷块岩所受围压相同时,随着其所受预静载水平的提高,磷块岩受 动载扰动程度逐渐降低,且变形破坏程度更明显;③磷块岩所受轴向预静载力相同时,随着其所受的围压越大,磷块 岩在动静组合下的抗压强度越大。     

分级循环加卸载作用下花岗岩变形破坏研究

以地下深部花岗岩为试验材料,利用GAW-2000微机控制电液伺服岩石单轴试验机进行分级循环加卸载试验,研究在同一递增荷载幅度条件下,试件的抗压强度、变形、破坏特征、残余应变以及弹性模量的变化趋势。结果表明：在单轴分级循环加卸载试验作用下,岩样的峰值强度随着每级循环次数的增加呈现递减趋势,且单调荷载应力-应变曲线包络住循环荷载应力-应变曲线；岩样破坏特征主要以剪切破坏为主,随着循环次数增加,破坏裂纹更加分散；岩样在加载过程中,岩体内部的结构在不断地调整,导致结构面变得密集与裂隙间更加闭合,卸载时回弹变形有滞后现象,加载起点与卸载终点不重合；轴向弹性、残余应变与环向弹性、残余应变随循环次数变化的规律具有相似性,岩样弹性模量曲线的趋势以“波浪形”的规律交替变化。     

开挖扰动对露天矿边坡稳定性影响分析

对西藏某露天矿边坡的稳定性进行深入研究,在综合分析工程地质条件的基础上,运用FLAC^3D软件对开挖扰动作用下岩质边坡的位移场和应力场的变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:采用分步开挖能真实模拟开挖扰动对边坡稳定性的影响;在开挖扰动作用下,岩体的卸荷量和回弹变形量随开挖深度的增大而增加,水平位移量最大值位于坡面岩体的中下部;在坡面及坡肩附近岩体形成拉应力区,坡脚处剪应力显著增高;随着开挖的进行,位移场和应力场还分别表现出“位移陡升”和 “应力跌落”的现象。     

摆型波传播过程块系岩体频域响应反演岩块间黏弹性性质

基于深部非连续自应力等级块系岩体构造理论,研究在冲击扰动下块系岩体中岩块加速度的频域响应反演岩块间黏弹性性质。将块系岩体划分成3个区域,即初始区域,中间区域和末端区域,分别研究各区域中间块体加速度的频域特性,通过不同区域内块体加速度频域响应的综合特性反演岩块间的5种黏弹性性质变化。通过研究发现：各区域中间块体的频带范围依次减小对应着块体间黏性同时增大;各区域中间块体频带范围几乎没有变化对应着块体间黏性周期性变化;各区域中间块体高频谐波部分向低频平移对应着各块体间弹性同时减小;仅末端区域中间块体的高频谐波部分向低频平移对应着各块体间弹性周期性变化;各区域中间块体的频域曲线简单光滑,且近似对称单调变化对应着块体间弹性阶梯性增大。同时,给出块体间具有5种黏弹性性质时各区域中间块体加速度频域响应的中心频率及中心频带宽度数值特征。     

石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。