含孔洞大理岩破坏特性的颗粒流分析

基于室内单轴压缩试验结果,利用颗粒流程序PFC2D,模拟含预制孔洞大理岩在单轴和双轴压缩条件下的破坏过程,分析预制孔洞形状、围压大小以及岩石非均质性对大理岩力学特性和裂纹扩展的影响.数值结果表明：与完整大理岩试样相比,含孔洞试样的峰值强度显著降低,降低程度与孔洞形状有关;围压对含孔洞大理岩试样的力学特性和裂纹扩展有显著影响,含孔洞试样的峰值强度随围压的增加而增加,但偏应力峰值随围压的增加呈先增大后减小的变化趋势;试样的破坏模式与孔洞形状相关,含圆形孔洞试样为类X型剪切破坏,含矩形孔洞或马蹄形孔洞试样为对角剪切破坏;岩石内部的矿物结核影响了裂纹的扩展路径,从而改变试样的宏观破坏模式.微观机理分析表明：孔洞周边裂纹的萌生与扩展过程伴随着应力集中区的释放与转移;含孔洞试样的宏观裂纹有3种模式：孔壁剥落、拉伸裂纹和压剪裂纹.     

一种推断岩体裂隙几何参数概率模型的新方法

提出推断岩体裂隙几何参数概率模型的切比雪夫多项式拟合法。基于数值逼近原理,并根据工程现场的样本矩,运用切比雪夫多项式来推断岩体裂隙几何参数的概率密度函数,同时采用精度较高的χ2检验法,从理论上证明所求密度函数的正确性和实用性。研究结果表明,根据切比雪夫多项式方法所得到的逼近表达式非常接近最常用的经典分布曲线(正态分布、对数正态分布、伽马分布、指数分布)。此外,根据样本数据得出的某隧道裂隙岩体产状的概率密度函数,与实际统计所得频率分布非常接近,精度优于传统的经典分布拟合法。     

基于大型三轴试验的蚀变花岗岩力学行为及浸水湿化研究

位于断层破碎带且富含地下水的工程围岩软弱、破碎,存在严重的湿化塌陷隐患,工程维护面临诸多技术难题。以河南五岳蓄水电站断层破碎带蚀变花岗岩为对象,通过现场采样及重塑配比制样,运用大型三轴剪切仪研究了符合现场水力环境(含水率、围压及应力水平)下岩体的力学行为及发生浸水湿化后的变形特性。力学强度试验结果表明:不同含水率试样的峰值强度、峰值应变均随围压增大而升高,干燥试样的峰值强度平均比自然、饱和状态下高出22.90%和27.33%,而后两者之间平均差值仅为3.61%;含水率的改变显著影响试样的峰值应变,围压一定时,自然含水试样的峰值应变最大,干燥的却最小。湿化试验结果表明:湿化应变增量指标(■及■)均受到应力水平、围岩变化的显著影响,相对于围压,应力水平对各指标作用更为敏感,当应力水平逐级增加1倍时,3个指标分别平均增大2.59,1.41,3.17倍。对比蚀变花岗岩浸水湿化前后的强度和变形情况,浸水湿化不仅减弱其本身力学强度,且加大其体变量。构建了反应此类岩土体湿化应变增量的数学模型,可用作现场围岩湿化变形安全评估及开展有限元数值分析。     

抛掷型岩爆机制与模拟试验技术

以云南某矿山超深井衬砌支护为工程背景,对不同掺配方案、不同标号的钢纤维混凝土试样进行动态冲击试验,并采用数字图像相关技术分析了冲击荷载下试样表面的应变场演化. 试验结果表明：三掺钢纤维混凝土动态抗压强度和耗散能占比大于单掺和双掺钢纤维混凝土;素混凝土的动态强度越小,掺配钢纤维后混凝土试样的动态强度提升越显著. 采用高速摄像机记录了钢纤维混凝土试样的破坏全过程,试样破坏模式受混凝土标号和钢纤维掺配方案控制,可分为剪切、劈裂和剪切–劈裂复合型破坏. 与素混凝土试样相比,钢纤维混凝土试样在冲击荷载下的裂纹数量减少,反射能占比更低,透射能和耗散能占比更高,表明钢纤维能有效抑制裂纹萌生扩展,增强井壁混凝土的稳定性. 钢纤维混凝土试样的非破坏性冲击试验结果显示三掺钢纤维方案能够最大程度抑制混凝土在冲击荷载下的损伤. 最终建议该矿山深部竖井衬砌支护采用混凝土标号为C50,钢纤维的掺配方案为每立方素混凝土掺配端钩型长纤维40 kg、镀铜平直型中长纤维5 kg以及短镀铜平直型短纤维10 kg.

     

磷石膏膏体充填材料强度优化配比试验研究

为研究贵州开磷矿业总公司采用磷石膏和黄磷渣胶结充填采空区的可行性, 在实验室测试了磷石膏及黄磷渣的主要物理化学性质, 制备了不同浓度不同配比的充填料浆, 并测试其坍落度、泌水率和不同龄期的单轴抗压强度。采用正交试验设计优化磷石膏膏体配比, 并采用Mathematica对强度数据进行拟合, 得出本次试验的最优结果为;磷石膏膏体充填料的最优质量比为黄磷渣∶磷石膏=1∶4, 添加CaO质量为5%, 磷石膏膏体质量浓度为67%~68%。在该配比条件下, 磷石膏膏体充填体28 d单轴抗压强度为2.15~3.42 MPa, 可满足矿山安全生产需求, 并显著降低料浆泌水率。     

高应力硬岩板裂破坏的研究现状与展望

在深部高地应力硬岩开采过程中,经常可以观测到与开挖面基本平行的板裂破坏,这种破坏形式不同于剪切破坏,目前已引起国内外学者的广泛关注。通过工程现场高地应力硬岩板裂破坏的实例分析,观察到硬岩的板裂、片帮、V形槽、岩芯饼化等张性破坏特征,并对高应力硬岩的理论和试验研究现状进行了论述,给出了目前高应力硬岩板裂破坏的工程判据曲线,最后对硬岩板裂破坏的进一步研究工作进行了展望。     

动静组合加载下含不同倾角裂隙岩石的力学特性与破坏规律

深部裂隙岩体开挖受初始地应力和外界动力扰动的共同作用. 本文基于改进的霍普金森压杆和数字图像相关技术, 对完整和含不同裂隙倾角的花岗岩进行预静载下的冲击试验, 研究了动静组合加载下预制裂隙对岩石动态力学响应和破坏特性的影响规律. 结果表明, 完整试样和含不同裂隙倾角试样的峰值应变和动态强度随着轴向静压的增加而减小, 加载方向90°的裂隙对峰值应变、动态强度和组合强度只有较弱的降低程度, 而45°和0°裂隙则有明显的降低作用. 含90°裂隙试样在中低轴向静压下发生剪切-拉伸复合破坏, 在高轴向静压下发生剪切破坏. 含45°和0°裂隙试样在不同的轴向静压下由于预制裂隙的影响均发生宏观剪切破坏. 基于数字图像相关技术发现, 在宏观裂纹(包括剪切和拉伸裂纹)形成前的微裂纹均属于拉伸裂纹, 含45°和0°裂隙试样, 在预制裂隙尖端要远早于其他位置产生的拉应变和剪应变集中.     

全磷废料绿色充填理论与实践

随着我国矿山绿色开采、资源循环经济战略的提出,“就近取材”成为矿山充填材料来源的首选。本文系统总结了国际首例全磷废料即磷石膏作为充填骨料,黄磷渣为胶凝剂的绿色充填理论与工艺。从材料的物化特性、流动性、强度时效性以及安全和环保的角度,探讨了全磷废料作为充填材料进行磷化工矿山充填的可行性,并在磷石膏环管试验结果的基础上,对原有的磷石膏充填工艺进行改造,提出了适应磷石膏物料特性的似膏体充填新模式,为我国磷化工企业矿山的绿色、安全和高效开采提供了示范。     

公路隧道衬砌裂缝成因分析及数值模拟研究

对隧道衬砌开裂的原因进行了综合分析,并利用ansys软件对衬砌在结构完整和出现裂缝的受力情况进行了对比。结果表明,裂缝给衬砌带来的应力变化比较显著,拱墙径向裂缝对衬砌力学性能影响很大,沿隧道纵深方向影响较小。