基于Burgers模型的岩盐蠕变参数试验研究

针对岩盐矿地下开采结构参数的时间依赖性,开展岩盐蠕变试验。通过岩盐单轴压缩试验获得其瞬时抗压力学特性,据此设置合理的蠕变压力级别;采用单体多级加载方式进行单轴压缩蠕变试验,获得2组不同埋深岩盐蠕变变形-时间曲线,选取4元件Burgers模型对试验曲线进行拟合分析,得到试验岩盐蠕变特性表征参数。研究结果表明：岩盐单轴压缩强度具有显著的时间弱化性,长期强度小于瞬时强度的70%;Burgers模型能够合理的描述试验岩盐的蠕变变形特征,拟合的蠕变参数能够为地下盐矿采场结构参数的设计提供借鉴。     

层状盐岩力学特性及蠕变破坏模型

以湖北云应盐矿地下600～700m的含泥岩夹层的层状氯化钠盐岩试件为研究对象,进行常规力学实验和不同应力批次下的单轴压缩蠕变试验,发现层状盐岩是一种特殊的组合软岩,其弹性模量比较少,盐岩层横向变形能力很大.蠕变试验得出:(1)在充分长的蠕变时间内,层状岩盐蠕变的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段显现明显,且加速蠕变阶段持续时间较长;(2)在稳态蠕变阶段出现了夹层内陷和盐岩层外鼓现象.这种不协调蠕变将导致层面的剪切错动.建立层状岩盐蠕变破坏模型,定义层状盐岩蠕变损伤变量为盐岩试件环向拉应变与盐岩的极限拉应变之比,从理论上揭示了夹层与盐岩层蠕变特性的差异而导致盐岩层蠕变破坏机理,较好地解释了夹层首先劈裂破坏,带动盐岩互层张拉裂纹扩展的实验现象.     

A general constitutive equation for transient and stationary creep of rock salt

A constitutive equation, which besides creep describes volumetric dilatancy and/or compressibility, is subjected to some restrictions if we would like it to describe both stationary and transient creep. These general formulations are discussed here. A procedure to determine a viscoplastic potential for stationary creep from experimental data is presented. An example is given for rock salt, but the procedure is quite general and can be used for any creeping geomaterial, possessing the property of being either dilatant or compressible. Comparison of the model prediction with the data is presented. Long-term failure, or creep-failure, is also considered. Typical mining examples of creep, wall convergence for both short-term failure and long-term failure are given for vertical shafts or boreholes. Other examples will be given elsewhere.     

巷道围岩蠕变分区破裂化范围的确定

在分析巷道围岩分区破裂化特性的基础上,建立了巷道围岩蠕变破裂化力学模型,推导出巷道蠕变破裂带计算半径公式;在方庄一矿560 m水平运输大巷观测了巷道围岩深部分区破裂化现象,并绘制出围岩的分区破裂图。其结果为该巷道的支护方案提供一些理论参考。     

考虑频率影响的盐岩变参数蠕变损伤模型

基于低频三轴循环加卸载试验得到盐岩轴向初始衰减和稳态蠕变变形规律,以及卸载模量随着循环周次的增加呈现负指数型弱化趋势。以弹性模量的折减表征循环荷载下盐岩损伤劣化,考虑损伤因子的频率和时间效应,得到统一损伤演化方程,建立考虑频率影响的变参数Burgers蠕变损伤模型。对比分析表明,该模型能够准确描述不同频率循环荷载作用下盐岩蠕变变形特征和损伤演化过程,为盐岩地下储气库注采运营稳定性分析提供更为合理的分析模型和力学参数。     

金山店铁矿充填法试验采场岩体力学参数的确定

矿岩自稳条件是制约阶段嗣后充填法采用以及实施效率的重要因素,其中,局部矿岩接触破碎带的稳定性严重影响着采场的整体稳定性。以金山店铁矿西区充填法试验矿块为工程背景,以室内岩石力学试验为基础,综合GSI围岩分级系统、Hoek-Brown强度准则、Georgi法与费森科法,对室内岩石力学参数进行折减,更加合理地确定岩体力学参数,为采场稳定性分析与支护设计提供岩石力学的支持。     

基于流变试验的软岩巷道变形破坏机理分析及支护技术

软岩巷道变形破坏是煤矿深部开采软岩巷道支护的重大灾害之一。基于刘庄矿区深部泥岩现场三轴流变试验和数值模拟,对软岩巷道变形破坏机理及支护技术进行了分析,采用最小二乘法中的阻尼最小二乘法(Marquardt法)逐次线性化的间接方法,利用非线性流变力学模型,拟合得到泥岩蠕变本构方程,分析得出刘庄矿区深部软岩巷道的合理支护方式：(1)采用反底拱和全封闭的施工方式,减小巷道的维修工作量;(2)顺层掘进的重要峒室,其锚杆的方位应尽可能和层面垂直,将弱面串联成一体;(3)底板锚注控制底板大变形。     

铜山口铜矿难爆岩体爆破参数的确定

根据铜山口矿难爆岩体的性质及孔径、台阶高等固定参数 ,在按相似准则对该矿难爆岩体爆破参数进行室内模型试验的基础上 ,通过对试验数据进行整理分析得出了模型试验最优爆破参数 ,现场应用表明模型试验和现场试验有较好的相关性     

岩石力学数值模拟力学参数的确定与验证

依据赵庄煤矿地质勘探报告,结合不同岩层性质,采用岩石质量评价法,确定了各岩层合理的节理间距与力学参数。依据合理的岩石、节理力学参数,对3304工作面采动岩层数值模拟,将模拟结果中冒落带、裂隙带的高度与经验公式计算、现场高位钻孔考察分析结果比较,模拟得出的覆岩冒落规律接近于工程实际,验证了节理间距与力学参数的合理性。     

继续节理岩石破坏过程数值模拟研究

采用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，通过对岩石断续节理在压剪荷载作用下的声发射和位移特性进行数值分析，研究岩石断续节理的破坏过程。研究表明，岩石断续节理破坏过程具有几个不同的阶段，节理的倾角对破坏过程具有明显的影响。     

齐大山铁矿露天边坡岩体力学参数确定

为分析齐大山铁矿东帮局部边坡稳定性,需获取边坡岩体力学参数.通过室内岩石力学试验得到3种岩性自然及饱水条件下的单轴抗压强度和抗剪强度,自然条件下的抗拉强度、弹性模量以及泊松比.综合Hoek-Brown法、费森科法及经验折减法对测得的边坡岩石力学参数进行折减,得出合理、准确的岩体力学参数.     

渗透水/气压反复循环下软岩剪切蠕变试验及本构模型研究

为探究软弱夹层在雨水反复作用下的剪切蠕变特性,以西南地区二叠系炭质页岩软弱夹层为研究对象,利用实时渗透水/气压循环剪切试验系统,开展了渗透水/气压循环剪切蠕变试验,分析了软弱夹层的剪切蠕变特性和长期强度劣化机理,并建立了考虑Weibull分布的蠕变损伤本构模型。结果表明：1)软弱夹层具有明显的蠕变特性,随渗透水/气压循环次数的增加,破坏前剪切变形逐渐增大,破坏时呈现出韧性与脆性两种不同的破坏形式;2)随渗透水/气压循环次数的增加,软弱夹层的劣化程度呈增大趋势,但最终趋于一定值,其劣化程度可用函数D_i=0.7717×[1-exp(-0.1n)]来表示;3)基于试验数据,提出了基于Weibull分布理论的损伤黏塑性元件,构建了渗透水/气压循环蠕变损伤模型,模型能够很好地描述软弱夹层蠕变的三阶段。研究成果对含软弱夹层的高陡边坡长期稳定性分析具有重要指导意义。     

煤矿巷道围岩强度测试及支护参数设计

为了提高巷道掘进技术水平,提高巷道掘进量,实现安全高效掘进,采用QCZ-56型围岩强度测试装置,对巷道实体煤进行了原位强度测试,得到了实体煤顶板、帮部原位强度;采用数值模拟分析了不同支护密度条件下巷道变形破坏特征,确定了巷道最优支护密度,并设计了煤矿巷道顶板和帮部支护技术参数。研究为确保巷道高强度快速掘进支护提供了技术支持。     

Study on critical conditions for rock failure by means of group renormalization

A study of the characteristics of the accumulative rock failure and its evolution by application of the group renormalization method were presented. In addition, the interaction and long-range correlated effects between the immediate neighboring units was studied. The concept of mechanical transference for model OFC, employed in the study of self-organized criticality, and the coefficient α were introduced into the calculation model for group renormalization. With the introduction, mechanisms for the drastic increase and decrease of failure intensity of rocks were investigated under similar macro-conditions. Supported by the National Science Foundation of China (50674002)     

基于位移增量的高地应力下硐室群围岩蠕变参数的智能反分析

深部高地应力下硐室围岩蠕变力学参数不准已成为制约岩体工程理论分析和数值计算发展的"瓶颈"问题,因而确定可靠的岩体蠕变参数服务于工程实际成为重点关注的课题,为此提出基于位移增量敏感性分析的高地应力下硐室群围岩蠕变参数的智能反分析方法。该方法基于描述深部高地应力条件下围岩蠕变随时间破坏特征的分数阶微积分的蠕变本构模型,取较为典型的主硐室顶拱位移、拱肩位移和边墙位移作为表征围岩的特性指标,从参数敏感性分析着手,确定模型中对位移较为敏感的5个蠕变参数(瞬时剪切模量、黏性系数、黏弹性剪切模量、黏弹性系数、分数阶系数β),并遵循"大值原则"和"敏感性原则"提取位移增量数据,输入主厂房和主变室等不同位置的现场位移增量监测信息建立多数据融合的适应度函数,采用均匀设计方法构造各参数不同水平组合的学习样本和训练样本,通过遗传算法与神经网络相结合的智能优化算法在解的全局空间进行搜索,确定反演蠕变参数值,最终通过灰色关联度和后验差法联合校核位移增量实测值与计算值。实例分析结果不仅表明智能优化算法获得的硐室围岩蠕变参数可靠性高,也验证了该法的有效性和合理性,同时为深部高地应力大型硐室长期稳定性评价时参数确定提供一个新手段。     

Studying the mechanism of acoustic emission in failure of rock salt by dissolving

The laboratory-scale plant, procedure and test results are presented for the experimental failure of rock salt specimens by dissolving. It is established that dissolving proceeds irregularly in time and has three stages. This fact is confirmed by different standard deviates of the dissolving rates, acoustic emission activity behavior and its signal spectra recorded at each stage. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 1, pp. 39–48, January–February, 2006.     

某矿膨胀岩巷道支护参数优化数值模拟与工业试验

以往对于软岩巷道的支护方案只是通过数值模拟等方法进行优化,并没有与现场工业试验相结合,无法有效的指导矿山的生产实践。因此,本文以解决云南某矿山无轨运输巷道因膨胀性花岗岩引起的工程灾害为目的,通过微观试验、超声波波速测试、锚杆拉拔力测试等方法,对膨胀岩巷道的膨胀等级、围岩松动圈及矿山原有支护效果进行判定,并运用3D-σ有限元模拟软件对9种锚杆参数方案模拟分析,结果表明：该矿山花岗岩属于强膨胀性软岩,松动圈范围在1.6～1.8m之间,并且原有支护不能满足工程实际;采用喷锚网联合支护时,锚杆长度2.1m,间、排距分别为0.9和 1.2m支护效果最好,并依据其支护方案在该巷道进行现场工业试验,发现巷道变形在施工2月左右趋于稳定,为该矿山提供的支护方案具有理论及现实意义。