浅埋煤层组合关键层失稳临界突变分析

应用突变理论的方法 ,对组合关键层的力学模型进行了分析 ,导出了系统的总势能函数表达式并建立了该系统的尖角型突变模型 ,得到了组合关键层在水平力和垂直力控制空间中时系统失稳的分叉集 ,定量地分析了顶板的台阶下沉量以及发生失稳的条件 ,得出的结论符合实际情况     

浅埋煤层组合关键层失稳临突变分析

应用突变理论的方法，对组合关键层的力学模型进行了分析，导出了系统的总势能函数表达式并建立了该系统的尖角型突变模型，得到了组合关键层在水平力和垂直力控制空间中时系统失稳的分叉集，定量地分析了顶板的台阶下沉量以及发生失稳的条件，得出的结论符合实际情况。     

巷道钢纤维喷射混凝土开裂时的突变理论分析

在传统混凝土中掺入钢纤维是使其改性的一个重要手段。充分考虑了当钢纤维喷射混凝土开裂时仍然具有强度、受载时横跨裂缝的纤维仍然能够吸收大量能量的优越特性,建立了巷道钢纤维喷射混凝土单层衬砌开裂时拱顶复合结构的力学模型,分析了拱顶复合结构在水平力和垂直力联合作用下每个部分的势能函数。再利用总势能原理,建立了裂缝发展的尖点突变模型,分析了由于水平力和垂直力的变化而导致复合结构体状态突变的过程,导出了失稳的力学判据条件。     

基于尖点突变理论的层状围岩失稳判据研究

在层状围岩(岩体梁)地质力学模型和势能函数的基础上,建立了弯折失稳破坏的尖点突变模型,研究系统状态下发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统如何从连续渐变状态走向系统性质的突变,并据此分析了层状围岩(岩体梁)突变失稳破坏过程中的能量释放的发生机理。基于定态曲面方程和分支曲线方程,推导得出系统失稳的充要力学条件,建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据。岩体梁失稳判据揭示,围岩的稳定性主要由外力的p,q,岩体的弹性模量E,重度rc,层间剪应力τ以及几何形态l,h决定。结合矿区巷道围岩实例,运用尖点突变失稳判据分析与实际结果一致性达84%以上。     

深部巷道失稳的突变理论分析

在考虑围岩力学指标弱化的基础上,运用突变理论探讨了深部巷道失稳破坏的机理;基于势能原理,建立了尖点突变模型,导出了失稳的力学判据条件。结果表明:深部巷道的失稳不仅受岩体特性及所受载荷的影响,而且与围岩中承载区和松动区的刚度比有关;围岩力学指标弱化程度越高,松动区范围越大,系统失稳的可能性就越大。结合工程实例进行分析,分析结果与实际经验一致,可为预防深部巷道失稳破坏、采取合理措施提供参考依据。     

突变理论在开采沉陷中应用

本文应用突变理论对采动覆岩中存在的关键层力学模型进行了分析,并建立尖点突变模型导出了系统势能表达式。定量地分析了关键层失稳时的下沉量以及关键层的失稳条件,具有工程应用价值。     

深部巷道失稳的突变理论分析

在考虑围岩力学指标弱化的基础上，运用突变理论探讨了深部巷道失稳破坏的机理；基于势能原理，建立了尖点突变模型，导出了失稳的力学判据务件。结果表明：深部巷道的失稳不仅受岩体特性及所受载荷的影响，而且与围岩中承栽区和松动区的刚度比有关；围岩力学指标弱化程度越高，松动区范围越大，系统失稳的可能性就越大。结合工程实例进行分析，分析结果与实际经验一致，可为预防深部巷道失稳破坏、采取合理措施提供参考依据。     

突变理论在开采沉陷中应用

本文应用突变理论对采动覆岩中存在的关键层力学模型进行了分析，并建立尖点突变模型导出了系统势能表达式。定量地分析了关键层失稳时的下沉量以及关键层的失稳条件，具有工程应用价值。     

灰色-突变理论在尾矿坝失稳预测中的应用

采用工程类比法,提出了将预测边坡失稳的灰色-突变理论应用于尾矿库坝体稳定性分析及失稳时间预报中。以某尾矿库2号坝体的水平位移监测数据为例,对该坝体的稳定性和失稳时间进行了分析预测,通过预测结果与工程实际情况的对比,表明该方法在尾矿坝的失稳预测中具有一定的适用性和合理性。     

基于突变理论的矿柱失稳破坏研究

针对岩体变形破坏具有的突变性,结合材料力学理论,建立了岩梁-矿柱的尖点突变模型。利用该模型研究矿柱失稳破坏发生的机理,并得出系统发生失稳破坏的条件及发生失稳破坏时系统释放的能量。研究结果表明,岩梁-矿柱系统的稳定性取决于系统自身的力学-几何特性,与外界因素无关。最后,以某金矿为实例,利用系统失稳条件对其采场结构参数的选取合理性进行了分析判断。     

建筑荷载作用下采空区顶板岩梁稳定性分析

为了给煤矿塌陷区土地的治理利用提供理论依据,对建筑荷载作用下采空区顶板岩梁的稳定性进行了分析研究。采空区顶板岩梁突变失稳过程是比较典型的偏离平衡态的非线性过程,将浅部开采老采空断裂的顶板岩梁概化为三铰拱式力学结构模型。通过力学分析,建立了顶板岩梁力学系统的总势能方程,利用突变理论,构建了采空区顶板岩梁失稳的尖点突变模型,获得了采空区顶板岩梁突变失稳的条件,并通过工程算例进行了分析和验证。研究结果表明,煤矿塌陷区地基的稳定性不仅与采动岩体受地面建筑荷载的影响程度有关,也与老采空区顶板岩层的稳定性有关。采空区顶板岩梁在地表建筑荷载扰动下,若满足稳定的条件,则顶板岩梁回转后仍然处于稳定平衡状态。否则,采空区顶板岩梁将发生突变失稳。     

基于尖点突变模型巷道层状围岩失稳机制及判据研究

巷道顶部围岩受力系统是高度非线性的复杂大系统,尤其是层状围岩的突变失稳问题更是目前实际工程中的难点和科学研究的重点。在基于层状围岩稳定性地质力学模型和势能函数的基础上,建立了弯折失稳破坏的尖点突变模型,注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件,主要阐述非线性系统从连续渐变状态走向系统性质的突变,并据此分析了层状围岩突变失稳破坏过程中的能量转化发生机理。基于定态曲面方程和分支曲线方程,推导得出系统失稳的充要力学条件,建立了符合实际的岩体破坏分析方法和失稳判据,揭示围岩的稳定性主要由外力(P,q),岩体的弹性模量(E),容重(γ_c),层间极限剪应力(p_t)以及几何形态(l,h)控制,并提出了防护建议。结合矿区巷道围岩实例,运用尖点突变失稳判据预测分析结果与实际情况相符合。     

石门揭煤后煤与瓦斯延期突出突变分析

利用非线性理论-突变理论,通过煤与瓦斯延期突出的改进的尖点突变模型,对煤矿生产中石门揭煤后煤与瓦斯延期突出耦合灾变机理进行了理论分析,得出了瓦斯延期突出的突变机制和突变条件,为预测与防止煤与瓦斯延期突出灾害提供了重要的理论依据。     

岩体工程失稳的塑性能突变判据及其应用

岩体工程失稳形式的判定是近年来岩石工程界关心的一个重要问题。在总结前人研究的基础上,根据能量耗散原理、突变理论,提出了岩体工程灾变失稳的塑性能突变判据,并应用于金川二矿水平矿层的稳定性判定,结合水平矿层的现场工程地质调查和声波探测结果,得出结论：水平矿层现已遭受新的破坏,处于峰值强度后的破裂状态,水平矿层在开采过程中不会发生突然性的灾变失稳。     

颗粒煤岩破裂过程声发射与电荷感应试验

考虑颗粒间摩擦和黏结力作用,建立了基于颗粒物质力链失稳的煤岩体破裂判据。分析颗粒煤岩单轴压缩试验结果,得到了颗粒煤岩抗压强度、弹性模量随颗粒煤岩粒径增加而降低的变化规律,从细观尺度证明了煤岩单轴压缩张拉破坏的根源为剪切破坏。分级和循环2种加载试验研究结果表明：颗粒煤岩破裂过程中的声、电荷信号与力链中颗粒摩擦及粘结情况密切相关,声、电荷信号的产生机理存在本质上的差别。从破裂类型看,微裂隙的张拉破坏和颗粒摩擦错动均可导致声发射出现,而煤岩颗粒间的摩擦和微破裂面的相互错动是产生大量自由电荷、发生电荷感应现象的主要原因。可以利用声信号高-低-高的周期变化次数预测采动煤岩体经历的分级和循环加卸载次数;电荷信号首次突变-平稳-突变的出现时间是采动岩体应力阶段的划分标准。声、电荷信号幅值突变的剧烈程度是采动煤岩体失稳的重要前兆物理信息,可由此预测煤岩体稳定性,以便及时做出预警和相应的防护措施。     

岩石材料变形稳定性的非线性分析

通过强度准则和非线性突变理论研究了岩石试验系统的变形稳定性问题,岩石的变形稳定取决于环境刚度和岩石本身的等效刚度,岩石的破坏失稳发生本构曲线峰值过后的某个位置。增大环境刚度有利于系统的稳定性,刚性加载一般不会导致强烈的失稳破坏,由尖点突变模型和强度准则求得了试验系统失稳位置所对应的变形值的表达式。     

基于能量原理的大孤山露天矿西井边坡开挖稳定性动态调控

借助FLAC3D内嵌的FISH语言并基于边坡在开挖过程中的系统能量守恒原理,实现了对露天矿边坡模型在开挖扰动过程中的能量计算,定义了单元体能量损伤变量Du和系统能量损伤变量Ds,结合尖点突变理论并以系统总耗散能作为状态变量,构建了边坡系统的能量突变判据。以大孤山露天矿西井边坡为例,通过能量突变与损伤演化分析、安全系数变化分析、位移场演化分析以及施工成本比较分析,实现了不同治理方案情况下西井边坡开挖稳定性的动态调控并确定了最优治理设计方案。研究表明:能量突变特征值Δ<0是判定露天矿边坡在第ni步开挖后局部围岩系统失稳的充要条件;当西井边坡由-258 m平台开采至-294 m平台时,边坡稳定性受到开挖扰动影响较为严重;通过能量突变与损伤演化分析等上述4个方面分析的综合考虑,建议选用削坡15 m+巷道边坡加固+-210 m平台加固的方案作为西井边坡稳定性综合治理的初步设计方案;能量突变特征值和安全系数随开挖次数的变化趋势具有一致性,验证了利用提出的能量突变判据评价露天矿边坡在开挖过程中的稳定性是合理可行的,为西井边坡在后续开挖过程中局部岩体失稳防治提供了一定的理论参考。     

条带式Wongawilli开采煤柱系统突变失稳机理及工程稳定性研究

对于条带式Wongawilli新型减沉开采技术,煤柱失稳直接导致地表沉陷,影响建(构)筑物的安全,采用突变理论和损伤本构方程,建立了采硐间狭窄煤柱和条带煤柱失稳的尖点突变模型。计算分析了条带式Wongawilli开采煤柱系统工程稳定性及突变影响参数,得出了窄煤柱与条带煤柱的突跳压缩量计算公式,通过工程实例计算与数值模拟验证了结果的合理性。研究结果表明:采硐狭窄煤柱满足突变失稳的必要条件,其所受载荷、屈服刚度和峰值载荷压缩量决定着突变的发生;当采高在2~6 m变化时,采留宽度比需控制在0.16~0.75,才可保证系统不产生突变失稳。条带煤柱保持稳定则要求其核区率大于17%,在弹塑性区宽度比小于0.21的情况下,条带煤柱可能发生突变失稳。     

采空区煤柱-顶板系统失稳的力学分析

基于温克尔假设,将坚硬顶板视为弹性板（突破将坚硬顶板视为弹性梁的传统思想）,将煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统.同时,将煤柱视为应变软化介质,采用近似的Weibull分布描述它的损伤本构模型,依据板壳理论和非线性动力学理论对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了研究,得出了系统失稳的突变机制,并给出了系统失稳的数学判据和力学条件.最后以马脊梁矿为工程实例进行分析,结果表明,理论分析与工程实测数据吻合颇好.     

沿空留巷围岩结构稳定性力学分析

以往对沿空留巷围岩结构特征了解不够,难以准确计算巷旁支护阻力,导致沿空留巷困难甚至失败。因此,根据沿空留巷上覆岩层垮断特征,提出了"大结构"、"小结构"概念,分别构建了围岩"大结构"、"小结构"力学模型,研究分析了"大结构"形成"低形态拱"和"高形态拱"的条件,推导出了拱高计算式,研究认为:在巷旁顶板岩层残留边界二次破断前,若及时加固煤帮,提高巷内和巷旁支护阻力,则上覆岩层易形成"低形态拱";若巷道煤帮松软,或巷道支护阻力不足,则易形成"高形态拱"。通过研究拱脚的水平力对"大结构"形态演化及其稳定性影响,发现拱脚处的水平力是造成拱破坏的主要原因,若拱脚处的水平力大于其抗剪力,拱将失稳破坏,造成"低形态拱"的拱高增加或"高形态拱"的跨度向外扩展,引起"小结构"的岩层载荷增加,"小结构"的岩层载荷不仅与"大结构"的形态、拱高和跨度相关,而且与二次破断区顶板"铰接岩层"的稳定性密切相关,根据关键层理论,确定"大结构"拱高范围内顶板硬岩层位置及其所控制的软岩层组,采用滑落失稳判据和挤压变形失稳判据,自上而下判别出顶板"铰接岩层"的稳定性,进而确定围岩"小结构"的岩层载荷,据此推导出巷旁支护阻力计算式。