基于离散元的“岩崩灾害——结构体”致灾风险性参数分析

岩崩灾害是我国西南山区一种破坏性极强的地质灾害。关于岩崩灾害和防灾结构体之间的冲击规 律十分复杂，除了边坡几何形状、结构体几何形状和放置位置等因素影响外，还与岩体碎屑程度有关。上述因素导 致了关于此类灾害的防治十分棘手。本研究采用三维离散元方法，考虑边坡角度、结构体的宽度、结构体高度、灾 害体碎屑程度、结构体离灾害体距离等 5 个因素，研究了岩崩灾害和结构体之间的动力演化规律。结果表明：5 个 因素均对岩崩灾害的冲击力产生影响，其中碎屑程度的影响最为复杂，在二者距离较近条件下，碎屑程度小的灾害 体冲击力更大；在较远条件下，碎屑程度大的灾害体冲击力更大。根据所得的风险性参数，给出相应的风险性评价 模型，以期对实际工程起到指导作用。     

不同采空区开挖滑坡灾害与结构体动力响应研究

我国存在大量的采空区导致的滑坡灾害。人为的扰动是导致边坡失稳的主要因素,在采空工程中,采空区的高度是影响其稳定性的一个主要指标。关于采空区导致边坡失稳之后,造成的滑坡与结构体之间的相互作用对于此类灾害的防治有十分重要的意义。本次研究在PFC2D中搭建了二维边坡模型,并且研究了不同采空区高度造成的滑坡灾害与不同距离结构体之间的动力关系。研究结果表明灾害的堆积结果和边坡的角度、结构体的距离存在一定的关系。并且当结构体位于堆积区B内时,冲击力会随着采空区高度的增加而增加,最终稳定在一个最大值处;而当结构体位于堆积区B之外时,冲击力则只是维持在某一个固定值附近波动。该结果对采空区条件下的边坡治理有一定的实际意义。     

运动煤粒块体与钢板撞击破碎的微机理仿真

为了揭示运动煤粒块体与转载点钢板之间的碰撞破碎机理,采用力键分析法,构建了煤粒块体3D模型,以煤粒块体内部结构力键断裂数目为破碎的评价指标,研究煤粒块体碰撞时内部结构变化与破碎规律;采用正交试验法分析了煤流转载系统的3个主控因素,得出运动煤粒块体撞击破碎程度与撞击速度呈线性关系,与煤粒撞击角度和粒径尺寸呈二次曲线变化;得出在3种主控因素共同作用下影响撞击破碎的主次顺序是撞击角度、速度、粒径尺寸。     

结构面切割不同岩性巷道围岩关键块体研究

为研究红岭铅锌矿矿房在结构面切割作用下的稳定性,分析巷道围岩受结构面的切割破碎程度,减少回采过程中块体掉落造成的危险,采用数字摄影测量技术,进行岩体结构面测量,获取结构面基本参数信息;根据BQ指标进行岩体质量分级,基于推广Hoek-Brown强度理论进行岩体力学参数计算;建立结构面离散裂隙网络模型,进行结构面切割下的不同岩性巷道关键块体研究,并给出破碎程度评价。研究表明大理岩岩体产生123块关键块体,最破碎;板岩岩体产生79块关键块体,破碎程度居中;矽卡岩岩体产生27块关键块体,破碎程度最小。     

考虑能耗特性的岩桥型边坡动力失稳研究

边坡中的岩体是岩质高陡边坡稳定性的关键,而岩体由岩块和各种结构面组成。岩桥型岩质滑坡是大型边坡滑坡的主要类型之一,对于这类边坡,岩桥段起着关键的锁固作用。在分析边坡的稳定性时,可将岩体工程的整体稳定性问题简化为分析岩桥段的稳定性问题,针对岩桥段进行加固处理,就可以保证整个工程岩体的安全和稳定。以凹山铁矿为工程背景,搜索并确认出边坡的岩桥,通过对岩桥段块体的能量分布及承载能力进行分析,将块体中的能量分为势能、爆破振动能、破碎耗能、摩擦耗能以及失稳动能,每部分能量通过不同的理论或实验来获取。研究岩桥型边坡的动力失稳问题对于这类滑坡的稳定性评价及灾害防治有较好的指导意义。     

基于隧道开挖模型的滑坡灾害与结构体动力响应研究

我国广泛存在因隧道开挖引起的滑坡灾害,隧道的高度及其穿过边坡时的位置会对边坡造成不同的扰动。采用PFC~(2D)建立二维离散元模型,研究不同隧道开挖条件的灾害冲击力变化,着重讨论了开挖高度和隧道至边坡自由面距离对其冲击力的影响。研究表明,坡角对灾害的堆积结果会造成影响,坡角越大,灾害体的堆积量和滑程也越大;其最大冲击力随隧道高度的增加而增加,但存在峰值,且继续增加隧道高度会导致该值的降低;灾害体的最大冲击力和平均冲击力随着隧道至边坡自由面距离S值的增加而增加,当达到某个峰值时,继续增加S值会导致这2个值减小。该研究对于控制隧道开挖条件下滑坡灾害的风险有一定指导意义。     

矸石集料承载力学特性模拟研究

为探究矸石集料的承载特性与破裂演化规律,采用液压伺服岩石力学试验系统与破碎矸石压实装置,开展了不同矸石粒径（0～5,5～10,10～15,15～20,20～25,25～30 mm）、轴向应力（2.5,5.0,7.5,10.0 MPa）、加载速率（0.05,0.10,0.50,1.00 mm/s）影响下破碎矸石集料压实试验,研究各因素对矸石集料压缩变形与分形特征的影响;基于PFC^3D数值软件建立考虑矸石形状与粒径分布的颗粒流模型,探讨了矸石集料承载过程中能量耗散、力链演化等规律,揭示颗粒形状与粒径级配对矸石集料压实力学特性的影响机制。试验结果表明：矸石集料压缩变形分为孔隙压密、结构调整和弹塑性变形3个阶段,随着轴向应力逐渐增大,矸石集料的大颗粒骨架破坏、中等颗粒滑动移位、小颗粒填充孔隙,颗粒间的接触方式由锐角接触转变为钝角或球面接触;不同加载速率下,矸石集料轴向应力与应变呈幂函数分布,轴向应力和加载速率与破碎矸石分形维数呈对数函数关系;相同载荷下大粒径矸石易发生挤压破碎,矸石颗粒克服变形消耗摩擦能,有利于强化整体的摩擦效应;矸石集料的力链长度随载荷的增大逐渐增长,覆...     

露天矿排放矸石三轴压缩宏-细观力学特性研究

露天矿排放的矸石目前被广泛应用于井下固体充填采煤中。针对固体充填采煤中破碎矸石在采空区的受压状态及矸石块体形状不规则、块体间咬合作用突出的特点,采用PFC3D数值软件,通过编写边界面程序,选用Clump模型生成形状不规则的凸面几何块体以模拟矸石块体,对破碎矸石在三轴压缩条件下的宏观力学响应及微观运动特性进行研究。研究结果表明:破碎矸石在侧限压缩条件下所产生的侧压力与其所受轴压成正比;破碎矸石承载能力随围压的增加而增加;围压效应下块体轴向位移呈上凹型层状分布,试样顶部存在明显的轴向位移三角区,试样两侧中部存在明显的侧向位移三角区;且粒径越小颗粒转动越活跃,大颗粒自身具备"运动惰性";随围压增加,试样内部力链间相互贯通程度逐渐增强,接触力链总数及颗粒间最大接触力逐渐增大,且相同轴向应力状态下侧限压缩条件时试样内部接触力链总数及最大接触力均高于围压条件。     

球磨机研磨介质冲击特性和碰撞能量分布特性研究

以Ф520 mm×40 mm的试验磨机为仿真模型,分析了不同填充率、转速率和衬板高度下的研磨介质冲击特性和碰撞能量区域分布变化规律。研究结果表明,离散元法可以较好地预测研磨介质的冲击特性和碰撞能量区域分布;转速率一定时,球磨机衬板所受平均法向冲击力随着填充率增加而增加;填充率一定时,球磨机衬板所受平均法向冲击力随着转速率的增加先增大后减小;衬板高度增加,研磨介质碰撞频率减少,法向碰撞能量先减少后增加,切向碰撞能量减少。     

破碎压实岩体节理宏观力学参数研究

为解决随机分布节理面力学参数的科学估算,在实验室内选用不同粒径级配的破碎岩块进行压缩,获得不同压实率下的压实体试件。对压实体进行单轴压缩试验,记录其轴向应力应变曲线的同时分析压实体节理迹长概率分布函数和范围;其次,通过正交试验和数值模拟的方法构造单轴压缩数值模型,选用与试验轴向应力应变曲线最接近的模拟曲线的节理力学参数,作为该压实体的节理力学参数。最后结合实际现场,利用得到的压实体节理力学参数,研究不同压实程度下再生顶板巷道顶板稳定性。得出了在破碎岩块粒径越小,压实率越大的情况下,再生顶板越稳定的结论。     

含应力包裹体的掘进工作面岩爆力学分析模型探究

地下岩巷掘进工作面经常会发生局部动力现象或动力灾害（如岩爆）。 为研究其发生机 理，根据封闭应力假说建立含应力包裹体的掘进工作面简化力学模型；基于弹性力学基本理论， 推导了含应力包裹体的掘进工作面应力分布公式及最大主应力公式；基于最大主应力准则，当岩 巷掘进工作面距离包裹体一定距离时，沿最大主应力方向破裂面之间的岩石会在上覆岩层及应 力包裹体联合作用下向采掘空间运移，形成Ｖ形爆坑。 本研究可在一定程度上解释掘进工作面 岩爆现象，并为预防岩爆提供理论支持。     

多层浅埋煤层开采触发岩溶坡体动力崩滑机制研究

因内外动力地质作用活跃和人类工程活动频繁致使我国西南岩溶山区坡体灾害频发，进行该类灾害防控的相关研究必要而迫切。采用原位地质详查、全域块体离散元数值模拟和工程地质力学理论分析，选择贵州纳雍张家湾普洒滑坡为研究对象，系统提出了该类“井工开采诱发型”滑坡的致灾特征、主控触发因素和动力成灾机制。结果表明：(1)该滑坡动力崩滑的影响因素包括高陡坡体微地貌、“上硬下软”岩性组合、斜坡岩体结构和物理化学风化等主导因素和多层浅埋采空区、强降雨和采掘爆破振动等触发因素，其中前者的存在或长期作用较为明显地降低了原始坡体的稳定性，而后者的存在或短期作用急剧地劣化了坡体地质条件并最终触发了坡体的“临界崩滑”；(2)该滑坡在采空区和强降雨作用下形成的“渐进变形”具有明显的“整体下座”和“顺时针旋转”特征，其中“整体下座”为“井工开采诱发型”滑坡的典型特征，其为受区内井工开采引起的地表开采沉陷所致；(3)邻近坡体的采掘爆破振动最终触发该滑坡形成“临界崩滑”后，其后续动力响应可细化为“解体破碎→铲刮滑床→碎屑流动→堆积稳定”4个阶段。最后，基于分析驱动该滑坡各阶段动力响应的力学作用类型及其效应，即：坡体岩溶裂隙渗...     

不同加载速率下顶板-煤柱结构体力学行为试验研究

基于声发射、数码摄像机录像及SEM系统,进行了不同加载速率下顶板砂岩-煤柱结构体试样单轴压缩试验,研究了加载速率对顶板-煤柱结构体力学行为的影响。结果表明:顶板-煤柱结构体宏观破坏起裂应力、单轴抗压强度和弹性模量均随加载速率递减而递减,但当加载速率递减至1×10~(-5)mm/s,单轴抗压强度和弹性模量均出现了一个递增趋势;顶板-煤柱结构宏观破坏起裂是由于煤样原生缺陷产生的水平附加应力大于煤样抗拉强度而引起的,不同加载速率下宏观破坏起裂均发生在煤样部分,形成拉裂纹与不同程度局部弹射或片帮组合的宏观破坏起裂形式;不同加载速率下顶板-煤柱结构体的破坏均发生在煤样内,砂岩未发生明显破坏,煤样主要发生劈裂弹射破坏,高加载速率下储存在实体承载结构体内的弹性能将以试样宏观拉裂纹等薄弱面为释放通道而迅速释放,试样破坏呈"突发"性且砂岩回弹变形剧烈,弹射破坏加剧,煤样更加破碎;高加载速率下破裂断口凹凸不平,呈"撕裂"状,随加载速率降低,断口趋向平整、光滑且出现"锯齿区",锯齿区台阶咬合摩擦在一定程度上抵抗了试样破坏,试样呈相对延性破坏。     

千米深井孤岛煤柱工作面沿空掘巷冲击地压控制技术研究

以张双楼矿7121工作面为背景,分析了孤岛工作面沿空掘巷应力分布特征及冲击地压发生原因,提出了巷道控制技术,并进行了FLAC数值模拟分析。孤岛工作面应力分布基本呈"马鞍形",应力集中系数k约为3,高静载主导-强动载诱发的动静载叠加诱冲机理;巷道采用高强锚杆内强支护体、大直径钻孔弱结构体、原岩应力外强结构体为一体的支护-卸压协同控制技术;支护-卸压协同控制时应力峰值58.66MPa、两帮收敛量57.76mm、右帮塑性区范围较大,冲击危险性小;现场巷道变形监测效果良好。研究成果为深井煤岩强动力灾害防治提供借鉴和指导。     

块裂结构岩体中的三维应力传递

利用岩石力学中碎裂介质理论提出的方法,研究了应力在三维块裂介质中的传递规律.根据矿山地下开采中采场上方一定范围内岩石破断后可能形成的块体形状,把破断块体抽象成具有一定长、宽、高和破断角的规则块体,建立了采场上覆岩层三维块裂介质力学计算模型;借助应力计算理论,研究了自重应力在三维块裂介质模型中的传递规律,得到了相应的三维应力计算公式.块裂介质中块体自重产生的三维应力大小受计算位置上方岩块数量、岩块密度以及岩块的长、宽、高、破断角等几何参数的控制,同时还与块体的重力分解系数有关.     

刚果(金)地区长时效干湿循环下的露天采场滑坡机理研究

为了研究露天采场边坡在长时效干湿循环下的滑坡灾害产生原因和滑坡形成机理,以刚果（金）某露天采场滑坡为研究对象,分析了滑坡产生原因及形成机理。依据现场分析结果与相关规范,制定了多种滑坡治理方案,并通过极限平衡分析方法验证了治理方案的可行性。结果表明：1）岩石力学强度低、节理发育较强、岩石整体破碎等为滑坡形成内因;长时效干湿循环、采场爆破等为外因,在内因与外因综合作用下造成了坡体滑坡灾害。2）滑坡灾害形成主要有3个过程：坡体卸荷回弹变形-坡体蠕滑变形——节理剪切面拉裂——贯通。3）推荐采用坡面角45°削坡减载方法对并段后的垮塌滑坡处边坡进行治理。采用极限平衡分析验证了方案的可行性。研究结果为矿山边坡滑坡治理设计及施工提供了依据,并取得良好效果。     

基于滑坡特征统计研究黄冈市2016年汛期滑坡成因机理

在2016年黄冈市滑坡灾害实例统计分析基础上总结滑坡现象特征,揭示滑坡发生与降雨的相关性;从斜坡的降雨入渗规律分析其渗流场变化过程与特点,探讨降雨对滑坡的作用机理,分析产生大量浅层堆积体沿基覆界面滑动的原因。研究表明,汛期该区域滑坡特点是以平缓浅层小型或中型堆积层滑坡为主,且主要沿基覆界面滑动。该类斜坡的变形破坏发展过程是坡体表层土体饱和、坡面径流牵引斜坡表面、坡体中后部形成拉裂缝、坡体后缘区域局部垮塌、坡体沿基覆界面滑动,即总体表现为滑移—拉裂模式。研究成果有利于根据该市覆盖层分布状况,有针对性地确定重点的防灾区域,降低抢险救灾工作区域的盲目性,提高全市在汛期对滑坡灾害的管理水平。     

TIG电弧增材制造TC4钛合金的组织与性能

深部复杂地应力环境使得岩石的力学特性发生不同程度的改变,影响了地下开采掘进效率。为了改善大红山铜矿某巷道的爆破掘进效果,对巷道内的大理岩试件开展三维动静组合冲击试验,分析三维受力状态大理岩的动态力学特性、能量分布特征以及损伤演化规律。研究结果表明：当轴压为14 MPa,围压为5 MPa时,在应变率在79.19s-1~186.71s-1时,相对于单轴抗压强度,峰值应力可增加21.56%~135.42%;试件的能量吸收比与入射能成正线性相关,当能量吸收比不大于2.49 J/cm3时,试件仅有少数裂纹贯通,未发生破碎;当能量吸收比大于4.05 J/cm3时,试件完全破碎;试件的损伤随应变呈指数增加,当超过峰值应变后,损伤度加速增长。     

煤体破碎过程中分形特征与能量耗散规律研究

利用DDL600电子万能试验机和自主研发的破碎岩石压实装置,采用分级加载方式对不同相对湿度下的级配破碎煤样进行单轴侧限压缩试验,通过筛分和称重各粒径煤样计算出粒度分形维数,分析各级轴向应力下破碎煤样的粒径分布特征,并根据能量耗散模型计算出破碎能量耗散率,探究加载过程中破碎煤样的能量耗散率规律。结果表明:煤样破碎过程中分形维数与加载应力满足对数关系,初始级配对分形维数变化的影响随加载应力的增大而减小,且相对湿度的增加会降低分形维数;相对湿度通过减少破碎发生而减小了煤样的能量耗散,其能量耗散率的变化区间为30%～42%;煤样的能量耗散率随分形维数呈先增大后减小的趋势,且湿度越大能量耗散率到达峰值时的分形维数越小,能耗率变化越突出。     

滚筒式球磨机中磨矿介质动能的测定

为了用单个颗粒破碎的理论观点说明滚筒式球磨机的磨矿机理,研究了磨机中磨矿介质的动能。并利用研究结果和磨机中颗粒破碎过程的简化模型,计算了选择参数和破裂分布参数。此外,还将计算结果与磨矿试验的结果进行了比较。动能研究的结果表明,球的充填率和提升器对球磨机的能量效率具有明显的影响。模型计算和磨矿试验的结果表明,两者彼此并不一致。作者认为,在这种情况下,摩擦破碎或表面研磨在破碎过程中占主导地位,而碰撞破碎则处于次要地位。