热力耦合路径下花岗岩细观破裂特征及数值分析

岩体热力耦合下破坏机制及响应特征是防治与治理灾害发生的理论基础,也是高放射性核废料深地层处置关注的重要问题。细观尺度下,基于北山花岗岩单轴拉伸实验,考虑3种不同耦合路径,对比分析试样破坏区域SEM图像,揭示细观破坏特征。并利用数值仿真,建立细观模型,分析了热开裂特征及能量变化规律。进而指出裂纹拓展数量与角度关系,同时分析了微裂纹空隙率与应力、角度关系。主要结果表明:不同耦合路径下裂纹扩展细观特征迥异,演化顺序迥异,耦合路径与非均质性对裂纹细观特征变化均有影响。     

基于单元质心对应法花岗岩热开裂及变形模拟研究

基于SEM所获取的岩石非均质数字图像,提出了一种既能考虑预制和原生缺陷,又能近似反映材料非均匀性的三维细观结构有限元模型的方法,即单元质心对应法.应用该方法进行了热力耦合下岩石的热开裂及变形破坏数值模拟.结果表明,北山花岗岩热开裂临界温度大约为82℃,与实验值68～88℃基本吻合.低温时北山花岗岩热开裂以沿颗粒热开裂为主;而高温后既有沿颗粒热开裂,又有穿颗粒热开裂.温度的升高导致花岗岩由脆性向延性转变,破坏将由低温下以载荷裂纹为主的裂纹模式转为高温下以热裂纹为主的裂纹模式.对比实验结果发现,数值模拟得到的拉伸强度在低温下高于实验测试值,而中高温度下基本与实验结果吻合.     

热力耦合作用花岗岩细观破坏强度及声发射规律

利用SEM全数字液压高温疲劳实验系统开展花岗岩细观力学实验,采用多阈值分割法区分材料组成并构建细观数值模型,开展单轴拉伸条件下花岗岩热力耦合作用下的强度破坏特征与声发射规律研究。设计3种升温加载路径,路径Ⅰ:先升温到预定温度点后位移加载至破坏;路径Ⅱ:先加载到预定载荷点后升温至破坏;路径Ⅲ:以固定的载荷增量温度增量交替升温加载直至试件破坏。详细探讨了3种不同路径下声发射规律,在不同的温度强度区间,可分为3种类型。3种不同路径均表现为花岗岩的强度随温度的升高呈指数型衰减趋势,强度是温度的单值函数。细观模型中不同温度-载荷路径下的声发射特性主要取决于破坏时的温度和强度。     

浅埋大采高工作面顶板初次断裂爆破机理与力学分析

纳林庙二号井621-02工作面实施"等深炮孔"预裂爆破后,顶板垮落效果不理想,初次来压时产生巨大冲击波,工作面片帮严重,30~90号支架安全阀开启。针对此,对浅埋大采高工作面顶板预裂爆破机理进行断裂力学分析,提出了"阶梯炮孔"预裂爆破新方案,理论计算出爆破后基本顶初次断裂步距和合理炮孔间距,并利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对两种爆破方案进行数值模拟,对比分析爆破岩体的Mises应力演化规律,得知"阶梯炮孔"爆破效果更好。现场实践表明,621-03工作面采取"阶梯炮孔"爆破后,初次来压步距约为60 m,支架压力约为38.5MPa,比621-02工作面的初次来压步距(70 m)和来压强度(42.0 MPa)均显著减小,且未出现切顶、飓风等现象,实现了浅埋大采高工作面安全高效开采。     

局部抽放岩层瓦斯防止突出危险的可能性

<正> 1.序言 在下西里西亚煤田中开采含瓦斯煤层的最大危险无疑是二氧化碳和甲烷的意外突出。这种危险主要是由于掘进巷道时破坏了岩石的应力平衡,巷道周围积聚的动态应力突然分解,同时还因原始煤体中相当数量的岩石和瓦斯发生位移所造成的。 按保安规程规定:在有岩石和瓦斯突出危险的煤层中掘进时,每次推进之后。都应测量工作面的瓦斯压力。在含二氧化碳的煤层中当瓦斯压力超过30千帕或在含甲烷的煤层中瓦斯压力超过81千帕时便可以认为有瓦斯和岩石突出危险。 1977年巴尔巴拉试验矿井与下西里西亚煤矿设计院合作,着手工作,旨在通过负压抽放岩层瓦斯,确定减少突出可能性。 特霍莱斯和瓦乌勃瑞赫矿井已用上述测量结果防止突出危险、提高矿井通风质量。