三轴压缩下茅口灰岩围压效应的试验研究

针对南方广泛存在的茅口灰岩,利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下三轴压缩试验,通过拟合分析,结果表明:(1)三轴抗压强度随着围压的增大,且呈线性增长;低围压条件下,茅口灰岩弹性模量随围压增大而增大,围压超过17 MPa,弹性模量趋于稳定;泊松比随围压增加成二次非线性增长趋势.(2)低围压条件下,岩样扩容率较小时即发生脆性破坏,体积应变扩容率随着围压的增大而提高;围压为12 MPa,岩样由脆性向延性转化,围压加至17 MPa,岩样表现为延性流动.3)随着围压的逐渐增加,岩样破坏方式趋于简单,由侧向剪切破坏逐渐转为对角剪切破坏,破坏角增大.     

改性脲醛树脂注浆材料配比及单轴压缩实验研究

凝胶时间的合理控制可提高化学注浆效果,减少浆液浪费.本文主要研究不同配比对于凝胶时间、终凝时间及单轴抗压强度的影响.结果表明,当草酸含量在1.45%~29.86%时,静止条件下,改性脲醛树脂浆液凝胶时间介于53 s~1 h,终凝时间介于7 min~3 h,且凝胶时间、终凝时间随着草酸含量的增加呈递减趋势.凝固后的注浆体打磨成规格为直径×长度=45 mm×100 mm的试件,然后在RYL-600剪切流变仪上测试不同配比下的单轴抗压强度.结果显示草酸含量越高时,注浆体试件在低应力下发生的形变越大,试件的单轴抗压强度随着草酸含量的增加而减小,介于3.23~25.16 MPa之间.     

岩石黏弹塑性应变分离的流变试验与蠕变损伤模型

 基于目前未能对岩石蠕应变的内涵进行分类研究,提出岩石黏弹塑性应变分离的蠕变试验方法和数据处理技巧。以金川二矿区的二辉橄榄岩为例,探讨该类岩石的三轴黏弹塑性变形特性。岩石的瞬时应变分离为瞬弹性和瞬塑性应变,二辉橄榄岩的瞬弹性响应近线性,而瞬塑性模量随偏应力水平的增加而增大;蠕应变分离为黏弹性和黏塑性应变,岩石黏弹性应变曲线呈现衰减蠕变的特性,而黏塑性应变曲线呈现出衰减蠕变,稳定蠕变,甚至加速蠕变的特性,黏弹性应变、黏塑性应变和定常蠕变率与受载偏应力水平之间表现为非线性关系;侧向黏弹塑性应变特性与轴向相似,在未破坏级偏应力下侧向蠕变应变为轴向蠕变应变的25%～30%。将Burgers模型和非线性M-C塑性元件串联组合建立新的BNMC蠕变损伤模型,该模型认为加速蠕变是岩石强度迅速降低和黏塑性变形高度发展,塑性失稳的阶段。依据FLAC3D所提供的二次开发程序接口,采用VC++编程方法实现BNMC蠕变损伤本构模型的二次开发,提出BNMC蠕变损伤本构模型参数的辩识方法。     

剪切作用下类岩石断续裂纹岩桥破裂实验与数值分析

在RYL-600伺服控制剪切加载系统下对类岩石断续裂纹进行剪切实验,研究剪切作用下类岩石断续裂纹力学特性与破坏规律.实验表明:类岩石断续裂纹试样破坏过程可分为4个阶段,分别为岩桥破裂前期,裂纹扩展期,裂纹滑移期与岩桥破坏期.剪切作用下类岩石断续裂纹岩桥呈齿形破断面,靠近加载端节理首先贯通,远离加载端的节理滞后贯通.采用FLAC³⁰对剪切作用下断续裂纹的岩桥破裂过程进行数值模拟试验,模拟结果表明:试样破坏首先发生在裂纹的内外端,然后内端裂纹贯通岩桥,在破坏发展到一定阶段后,试样发生沿裂纹的滑移破坏。     

瓮福磷矿矿柱安全留设尺寸确定与现场监测

留设安全矿柱是房柱式开采体系中保护井巷、地表及建筑物的安全一种常用方法,矿柱的合理尺寸选择及其稳定性对采场安全极其重要.结合瓮福磷矿磨坊矿5#井开采的实际情况,提出应用FLAC3D数值模拟逐步逼近法来确定该矿安全矿柱留设尺寸,并采用平板梁理论对其进行分析计算.结果表明,逐步逼近法得到的安全矿柱厚度和平板梁理论的计算结果较为吻合.通过2种方法的研究结果对比分析,确定该矿点柱式房柱的基本参数为:矿房跨度在14m左右,矿柱厚度在5.5～6.0m之间.通过对磨坊矿5#井采空区上覆岩层移动规律的监测,发现岩层移动相对稳定,地表沉降量控制在160mm以内.     

矿井岩溶突水灾变机理

结合湖南娄底市七一煤矿石坝井岩溶突水、突泥实例,运用损伤力学及岩体流体力学理论,研究矿井岩溶突水的渗流-损伤-断裂耦合成灾机理,通过FISH研制矿井岩溶突水的渗流-损伤-断裂耦合分析程序（扩展FLAC3D模型）,对七一煤矿岩溶突水成灾过程进行耦合分析,探讨巷道掘进过程中围岩渗流场和岩柱的劈裂损伤演化规律。耦合研究认为：七一煤矿石坝井岩溶突水事故是裂隙渗透压与围岩次生应力场共同作用下茅口灰岩岩柱损伤演化;在高渗透体积力与围岩次生应力的耦合作用下,处于全损伤状态的岩柱水力劈裂导致矿井岩溶突水成灾;耦合分析发现矿井岩溶突水具有渗透系数突变、渗透体积力突变及位移突变等特性。探讨了防范矿井充填型溶洞突水高风险的应对措施及合理的岩溶突水临界岩柱。     

分级加卸载下节理软岩流变试验及模型

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司 Ⅲ 矿区软弱节理矿岩进行蠕变试验,按瞬时弹性应变、滞后黏弹性应变、瞬时塑性应变与黏塑性应变对流变试验数据进行分析,探讨了软弱节理矿岩的黏弹塑性变形特性;引入2种非线性元件--裂隙闭合体和非线性牛顿体,并将它们和描述衰减蠕变特性的开尔文体及描述瞬弹性的虎克体相结合,得到了一种新的复合元件流变模型,以研究复杂条件下节理软岩的黏弹塑性变形特性.试验结果表明,复合元件流变力学模型能很好地描述节理软岩在不同应力水平下的蠕变特性,特别是裂隙闭合阶段和加速蠕变阶段的特性,金川Ⅲ 矿区矿岩蠕变试验曲线与理论曲线较为吻合.     

应用荷载效应法画结构内力图

依照不同荷载使结构产生不同效应提出一种快速绘制内力图的简便方法——荷载效应法,简述了其计算方法,并通过实例说明该方法不仅适用于静定单跨梁,还适用于画静定多跨梁,实践证明值得推广应用。     

裂隙岩体渗流–断裂耦合机制及应用

将断裂力学引入裂隙岩体流固耦合分析,建立裂隙岩体渗流–断裂耦合机制,在 FLAC ^3D 现有计算模块的基础上,通过 FISH 研制了裂隙岩体渗流–断裂耦合分析程序。该模型的耦合机制体现在：渗透水力梯度作为渗透体积力作用于应力计算单元,裂隙渗透压作为面力作用于裂纹张开部分引起断续岩体裂纹的劈裂扩展;岩体裂纹的扩展引起岩体渗透系数的增加导致渗流场的改变。将渗流 – 断裂耦合理论应用于高水头不衬砌压力隧洞工程中,系统地研究高水头不衬砌压力隧洞在运行期间的水力劈裂、渗流场和内水外渗渗漏情况,得到：①处于水力劈裂的高水头压力隧洞周边向外延伸依次为拉剪劈裂区、压剪劈裂区、未劈裂区;②由于渗流体积力作用,高水头压力隧洞内水外渗过程中洞周产生径向向外变形;③高水头压力隧洞内水外渗过程中渗漏率先增加后平稳减少最终稳定。首次提出陡倾地表下不衬砌压力隧洞与裂纹几何特性、力学特性和岩石断裂韧度高度相关的水力劈裂系数的概念 。 建议在水工隧洞设计规范中建立与水力劈裂系数相匹配的安全控制标准,可为我国不衬砌压力隧洞工程的设计提供理论基础。