水下开采矿山突水渗透系数与改进伯格斯模型

突水是矿山深部开采面临的主要挑战之一,对于水下开采矿山,分析研究影响矿山突水的关键因素是防治突水事故发生的重要环节。在分析矿山工程地质条件对矿山突水的影响的基础上,进一步分析上覆岩层的渗透性能及断层破碎带对渗透性能的影响,通过构建改进伯格斯本构模型,分析研究岩石的蠕变断裂特点,为采取相关措施避免矿山突水事故发生提供理论支撑。在对含有断层和裂隙的围岩的力学性能和破坏过程的分析中,得到矿山突水事故发生评价的重要影响参数,为下一步矿山突水事故的预防和相关措施的实施提供了理论参考和工作指导。     

地应力弹性参数计算的应力区间分级方法研究

对套孔应力解除法地应力现场测量获得的套孔岩芯进行围压率定试验,是后期数据处理获取岩石弹性参数的重要手段,其结果直接影响地应力计算值的精度。目前,参与地应力计算的弹性参数由围压试验中的最高围压值与对应的应变计算获得,受试验条件、岩石的非线性影响,结果存在一定的误差。利用围压率定仪对多组套孔岩芯试样进行率定试验,研究不同岩性岩石围压率定试验曲线特征规律;基于多重误差因素分析,对试验应力应–变曲线进行合理修正。结合岩石的加卸载变形理论,考虑岩石非线性特征,提出一种将弹性参数划分成不同应力区间计算的方法。将该方法运用到平煤十矿(平顶山天安煤业股份有限公司十矿)实测地应力的计算中,修正后的主应力计算结果随深度呈现出更好的线性相关性,与实际情况符合较好,研究成果对提高套孔岩芯弹性参数及实测地应力的计算结果精度具有一定的参考意义。     

热损伤岩石物理力学特性演化机制研究进展

为深入了解温度作用下岩石热损伤演化机制,对超深钻探、深地实验室、核废料处置库、地热资源开发等地下岩体工程的安全性和稳定性做出合理性评价,本文通过分析整理国内外文献,系统综述了温度作用下岩体变形破坏方面的研究进展与成果。简述了高温作用下岩石的物理力学特性,侧重总结了岩石物理力学参量随温度变化的演化规律。重点分析了深部岩石材料在高温条件下岩体结构及相关物理场探测技术的最新研究成果,梳理了声发射(AE)、超声波(UT)、X射线分析（XRD）、偏光显微镜(PM)、扫描电子显微镜(SEM)、核成像技术（NMR）以及CT扫描技术等先进的辅助试验设备在热破裂分析中的应用。归纳总结了国内外学者采用的热力耦合模型和数值分析方法及适用条件,简略阐述了温度作用下岩石力学参量变异性特征。最后,指出了当前岩石热损伤研究中存在的一些局限性,并从深部地下工程建设方面展望了未来的发展方向,即多尺度、多场?相探究岩石热损伤机理,宏?细?微观角度系统分析岩石热损伤演化规律。      

硬岩脆性指标与弹性应变能关系初探

为探讨硬岩脆性指标与弹性应变能之间的关系,采用侧向应变差法确定起裂应力,以岩石起裂应力和峰值强度为桥梁,基于断裂力学理论和能量理论解释了脆性指标与弹性应变能内在的联系,并从两种岩石单轴压缩试验中构建了脆性指标与弹性应变能之间的函数关系.结果表明:脆性指标B_(13)、B_(14)与起裂弹性应变能(单变量)符合幂函数关系,脆性指标B_(15)、B_(16)与起裂弹性应变能(单变量)符合幂函数或线性函数关系,脆性指标B_(13)、B_(14)、B_(15)和B_(16)与峰值弹性应变能(单变量)之间无明显函数关系;新定义的脆性指标可由起裂和峰值弹性应变能(双变量)获得,或由起裂弹性应变能(单变量)获得,脆性指标与峰值弹性应变能关系式的构建,对于研究岩爆倾向性具有重要意义;根据新定义的脆性指标,利用两种岩石算例验证表明,采用起裂弹性应变能的岩石脆性指标计算方法具有一定的可靠性.通过这一研究,为岩石脆性指标与起裂弹性应变能关系的确定提供了一种新方法.     

基于ANSYS的大体积混凝土的水化热模拟研究

采用ANSYS有限元软件热分析模块对大体积承台水化过程中的温度场和温度应力进行了模拟研究,混凝土中心温度变化的模拟结果与实测数据反映一致;此外,温度应力最大值出现在基础底部,且小于混凝土的抗拉应力,不会出现温度裂缝,这也与同一配比的实验结果相符.所以,把有限元分析应用于混凝土配比的选取来预防施工中出现温度裂缝是可行的.     

不同卸荷速率下北山花岗岩力学特性试验研究

为探讨在增轴压卸围压的应力路径下不同卸荷速率对甘肃北山花岗岩力学性质的影响,对北山花岗岩进行了不同速率、不同围压条件下的卸荷试验,并与循环加卸载试验强度方面的数据对比分析,研究花岗岩的强度变形特征和破坏特点。研究结果表明:1围压效应明显,峰值强度随实时围压升高而增强;卸荷试验峰值强度包络线在循环加、卸载试验峰值强度包络线上方,且随着卸荷试验速率的升高,岩样峰值承载能力增强。2随着卸荷速率的增加,黏聚力增大,但内摩擦角变化较小且无明显规律;相比循环加卸载试验,卸荷试验的黏聚力降低了8%~20%,内摩擦角提高了9%左右。3随着围压的增加,卸荷试验峰值点至峰后应力跌落点的横向应变增量先减小后增加;不同围压下的卸荷起点至卸荷峰值点的横向应变增量在0.5~2.0 MPa/min卸荷速率区间内有相同的增减趋势。4随着卸荷试验速率的增加,岩样破裂面贯通程度增加;随着围压的升高,主破裂面破裂角增大,且破裂面更加平直。     

渗流作用下深埋岩石巷道不同强度准则对比分析

强度准则的选取是否得当,会直接影响到巷道围岩的稳定性评价与控制。为了研究强度准则效应对渗流环境下深埋圆形巷道围岩稳定性的影响规律,首先对Mohr-Coulomb(MC)准则、Drucker-Prager(DP)准则、统一强度理论(UST)和Mogi-Coulomb(MO)准则等4种岩石材料常用的强度准则进行了归纳总结,得到了平面应变条件下统一形式的屈服方程;然后针对受孔隙水压力作用的深埋圆形巷道建立理想弹塑性模型,综合考虑渗流体积力、中间主应力效应、围岩的剪胀特性以及不同的塑性区弹性应变处理方式,基于弹塑性理论推导了渗流作用下的围岩应力场、位移场和塑性区半径的统一解析解,并通过具体算例对新解的多方面影响因素进行了对比分析。研究结果表明:本文所提出的新解不仅形式简洁,而且可以灵活匹配多种常用的岩石强度准则;不考虑中间主应力效应的MC准则和DP系列准则的计算结果相对保守;考虑中间主应力效应时,可优先选用外接圆DP准则和权系数为0.5的统一强度理论,谨慎选用权系数为1的统一强度理论;中间主应力对围岩强度具有区间效应,不考虑中间主应力效应的强度准则普遍偏于保守;岩土材料的剪胀特性不仅与围岩剪胀角有关,而且还与建立的塑性势函数有关;剪胀不会改变围岩的塑性区半径,但会影响塑性区的位移分布,若不考虑剪胀将会低估围岩的实际变形;不建议将塑性区的弹性应变视为常数,应当考虑塑性区应力重分布的影响,采用广义胡克定律进行分析。     

深部矿井开采巷道地压与位移检测研究

随着吕家坨井工矿开采规模的扩大和开采深度的逐年增加,面临着诸如巷道和工作面稳定性等安全问题,为了监测采场周围岩体和煤体应力的变化规律,分别在采面机巷和上山中布置8个钻孔应力计5个多点位移计和3组断面收敛计对区域内采煤工作面和巷道进行现场应力和变形监测,并对结果做出分析,找出矿压规律,对深部开采围岩矿压规律进行预测,对矿山安全生产具有重要指导意义。     

多重赋权模糊综合评价在采场结构参数优化中的应用

房柱交替式上向分层充填法是三山岛金矿深部采用的主要采矿方法,国内采用该方法的矿山所选取的结构参数大小不一,因此依靠工程经验类比难以得出适合矿山的采场参数。针对这个问题,结合三山岛金矿深部高应力、高岩爆倾向性的特点,通过数值模拟得到不同结构参数条件下采场一步采与二步采过程中盘区顶板沉降和采场内的位移,综合考虑相对生产能力、综合效率、设备匹配度、施工难度等因素,建立了采场参数的模糊综合评价模型。通过合理确定评价指标的隶属度函数,以及运用变异系数法、模糊判据法和熵值法的多重赋权优化确定各评价指标的权重,对列出的5种方案进行综合评价,确定了符合矿山实际条件的最优采场参数,从而保证了矿山的安全生产和经济效益。