深井煤巷钻孔卸压技术的数值模拟与工业试验

结合工程实例，利用数值模拟方法研究了钻孔卸压的作用机理、巷道围岩动态损伤破坏发展和应力场重新分布的过程.模拟发现：合理布置的卸压孔可以导致巷帮围岩的结构性预裂破坏，从而使围岩高应力向深部转移；在卸压孔和锚网联合支护后改善了围岩附近的应力环境，改变了围岩破坏的时空次序，对控制围岩变形和破坏具有突出的优越性.     

深井煤巷卸压孔与锚网联合支护的模拟与实践

为了解决深井高应力煤巷支护成本与支护效果之间的矛盾，提出并研究了卸压孔与锚网联合支护技术．结合一个工程实例，采用数值方法模拟和分析了钻孔卸压的作用机理、巷道围岩动态损伤破坏发展以及围岩中应力场重新分布的过程．研究表明：合理布置的卸压孔可以引起巷帮围岩发生结构性预裂破坏，从而使围岩内高应力向深部转移；卸压孔和锚网联合支护改善了围岩中的应力环境，改变了围岩破坏的时空次序，对控制围岩变形和破坏具有突出的优越性．将模拟结果用于指导具体的施工，不仅控制了围岩的变形，而且降低了材料消耗，取得了较好的综合效益．     

深部圆形巷道破裂围岩的弹塑性分析

随着大量煤矿矿井开采深度的增加，在高围压的作用下，巷道围岩普遍出现破裂，而且围岩破裂范围在扩大的同时，往往出现继续破坏的现象。针对长的圆形巷道，将巷道围岩分成破裂区、塑性区和弹性区，采用Mohr-Coulomb准则，进行非关联弹塑性分析，获得其应力和变形的封闭解析解。通过利用在弹塑交界处应力连续的条件以及在破裂和塑性交界处径向应变连续的条件，获得确定围岩破裂区和塑性区半径的解析式。最后，给出一个算例，分析其破裂区和塑性区应力、应变的分布特点以及破裂区范围的影响。利用所获得的结果，可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供理论依据。     

断续节理岩体动态疲劳损伤研究

分析了断续节理岩体动态疲劳损伤的复杂性,阐明了疲劳损伤研究的近似处理方法。基于剩余应变强度理论和线性退化准则讨论了断续节理岩体动态疲劳损伤累积过程。研究了岩体破裂概率与疲劳损伤的等效性,建立了疲劳损伤变量与分形维数间的定量关系。最后通过动态疲劳实验验证了结论的正确性。     

深部岩体非线性Kelvin蠕变变形的混沌行为

随着矿山开采的大规模进行和采深的加大，在深部高应力作用下巷道围岩的破坏日益严重，这使得越来越多的采用非线性科学理论和方法分析巷道围岩的稳定性。推导非线性Kelvin流变模型的本构方程以及其蠕变曲线的解析解；分别采用两种数值微分方法对非线性蠕变方程进行求解，结果发现非线性蠕变方程的数值解在有些情况下与解析解不一致，即数值解可能出现不稳定；通过变量代换，该非线性蠕变方程可化为Logistic方程。这样，通过将岩体的本构模型与非线性理论相结合，从理论上证明岩体的非线性蠕变具有混沌行为，并相应获得岩体变形发生混沌的条件，根据实测位移序列，为采用混沌学方法进行深部岩体工程的稳定性预测和控制奠定理论基础。     

岩石破损过程强度变化规律实测研究

岩石材料强度会随着破裂发展而逐渐衰减,详细介绍自行设计的岩石强度衰减测试方法,试验思路、试件制作及关键技术;通过自行设计的直剪试验,测得常规压缩试验破裂得到的不规则损伤岩块在直剪过程中的剪应力-压应力关系曲线,由其拟合得到库仑强度曲线,并与已有(单、三轴)压缩试验数据线性拟合得到的莫尔强度包络线进行比较,分析讨论岩石在破损过程中材料强度(黏聚力和内摩擦角)变化规律,澄清现有黏聚力和内摩擦角变化规律2种完全相对立观点的适用范围.研究结果表明,由完整岩样进行单、三轴试验测得的黏聚力明显大于不规则岩块直剪试验结果,这主要是岩样在单、三轴压缩破坏过程中产生的损伤所致,而不是试验方法所导致的偏差;黏聚力反映的是岩石本质强度特性,受不同应力状态的影响较小.岩样单、三轴压缩试验测得的内摩擦角小于岩块直剪试验结果,这主要是受到不同应力状态和岩石缺陷分布的影响.在岩石破损过程中,内摩擦角随损伤的发展具有先快速增大至最大值后大幅降低直至保持一定趋势不变的规律.内摩擦角反映的是岩石摩擦强度特性,受不同应力状态的影响较大.黏聚力对应力水平的敏感程度远小于内摩擦角.岩石在破裂前后自身材料强度会产生明显衰减.     

脆性岩石细观损伤分析与临界矿坏行为

利用逾渗和重整化群理论初步分析了脆性岩石的临界损伤破坏行为，指示性地得出了岩石的临界破坏概率。     

深部破裂岩体锚注加固结构承载机理分析

针对深部巷道围岩变形失稳特点，在分析锚注加固结构承载机理的基础上，提出锚注加固形成的多重组合拱结构是控制深部破裂岩体变形、发挥应力强化特性的关键层，并运用弹塑性理论给出了锚注加固结构极限承载能力的确定方法．     

泥质细砂岩材料破坏与强度衰减研究

为了认识真实的岩石材料破坏和强度衰减规律,通过多组常规的单轴压缩试验和不同围压下的三轴压缩试验对泥质细砂岩的材料破坏过程和抗压强度进行了实测．把前面试验破裂形成的不规则岩块浇注在混凝土制成的“剪切壳”中,运用XJ-1型携带式剪切仪进行了自行设计的压剪试验,获得了岩块在压剪过程中的剪切力一压应力关系曲线,以此来测得破裂岩块的自身材料强度．通过对比先前压缩试验得到的极限莫尔包络线,研究了破坏前完整岩样与破坏后损伤岩块间的强度变化．讨论了不同试验方法,损伤程度,尺寸效应,材料异性对岩石强度衰减的影响．结果表明,岩石在破坏过程中环向应变与体积应变在峰后近乎以直线形式增长,岩块抗剪强度表现出尺寸效应,岩样伴随着破裂演变材料强度发生衰减．     

破裂岩体注浆加锚特性模拟数值试验研究

应用RFPA软件系统对破裂岩体注浆加锚后的力学特性进行了试验研究，验证了注浆加锚岩体在承载过程中具有应力强化特性；反映了注浆加锚岩体破裂和变形的发展过程；揭示了锚杆对岩体提供应力和位移约束机理，从而为深部不稳定巷道的支护设计与稳定性分析提供了依据。