冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制

为探究冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制,采用SHPB装置,开展了砂岩的动态力学测试,研究了砂岩的应力-应变曲线、动态抗压强度、动态弹性模量和单位体积吸收能变化;分析了砂岩的破坏机制,阐明了砂岩的破坏模式及破坏块度变化规律。结果表明：冲击荷载作用下砂岩应力-应变曲线整体呈阶段式发展,依次为线弹性上升阶段、非线性振荡起伏阶段和峰后下降阶段;砂岩的动态抗压强度、单位体积吸收能和动态弹性模量与冲击速度分别呈幂函数、二次函数、二次函数的关系,均具有明显的冲击速度效应;随着冲击载荷增大,砂岩的分形维数增大,破碎程度增加,砂岩的破坏模式由拉伸破坏转向拉-剪耦合型破坏。研究结果可为强动压巷道和采场围岩稳定性控制提供理论依据。     

爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化研究

通过实验室模型试验以及对具体边坡工程的数值模拟相结合的方法分析了在爆炸冲击载荷作用下岩体力学特性的演化过程。模型试验中在距离爆源的不同位置进行取芯并对其进行了强度以及超声波探测;数值计算采用DYNA-2D软件对具体边坡爆破工程进行数值模拟研究。通过研究发现,在距离爆源不同的位置爆炸冲击作用对岩体所造成的影响程度也不同,承载性能、超声波传播速度的衰减也不同,通过模拟整个爆炸作用过程也可看到与模型试验同样的演化趋势。     

巷道层状岩层顶板破坏机理

为了有效了解巷道层状岩层顶板的破坏机理,通过阐述岩石破裂过程分析软件RFPA,对具体的数值模型和参数进行设计,最后对围岩的变形特征和顶板的破坏机理进行讨论,以满足煤矿企业的安全生产需要。     

冲击载荷作用下矩形风窗动态分布特征与破坏机理

瓦斯(煤尘)爆炸冲击波传播过程中在固定构筑物处会出现多个波峰震荡,有着显著的超压与振荡现象,对矿井通风设施破坏效应明显,但具体的破坏过程和机理尚不清楚。基于矩形薄板模型,建立了矩形风窗自由振动的Hamilton体系对偶方程与四边固支(C-C-C-C)矩形风窗振动的频率方程及其振型分析函数;基于振型函数的正交性与杜哈梅积分,得出了冲击载荷作用下矩形风窗振动的挠度动态分布方程。基于牛顿迭代法与MATLAB软件,得出了冲击载荷作用下矩形风窗振动模态主要由1阶、5阶、6阶主振型构成,并分别得出了其振动的固有频率;分析了应力、应变、弯矩、横向剪力、最大主应力与主应变动态分布特征,主要分布在四边中点及其附近区域、矩形风窗中心区域、矩形风窗四角附近区域。基于第三强度理论,得出了冲击载荷作用下四边固支矩形风窗发生损伤破坏的起始位置为四边中点区域,然后是矩形风窗中心区域;发展趋势是主要沿着矩形风窗长轴的中心区域破坏,其次是沿着短轴的中心区域破坏;由1阶主振型(主频)可推断出矩形风窗的起始破坏位置,由5阶、6阶主振型可以判断破坏的发展方向与趋势。基于Ls-DYNA软件,采用PLASTIC_K     

冲击载荷作用下锚固围岩损伤破坏机制

为研究冲击地压巷道锚固围岩损伤破坏特征,以实际发生冲击失稳的巷道为例,分析了冲击载荷作用下锚固围岩动载响应特征,现场测试了冲击载荷作用后围岩损伤、锚固界面损伤及锚固性能,对比分析了冲击载荷前后锚杆力学性能。研究结果表明:冲击载荷作用下,巷道锚固围岩和锚杆与锚索受反复压拉压作用,导致锚固系统锚固性能降低与失效;冲击载荷作用后,巷道围岩节理、裂隙发育,完整性差且强度大幅降低,锚固性能劣化或失效;锚杆支护材料性能降低,杆体延伸率降低13. 8%,抗拉强度降低6. 6%,冲击吸收功降低24. 3%,锚杆产生塑性变形,晶粒扭曲、畸变,微观金相组织紊乱。采用锚固注浆、高预应力全长锚固以及高强度、高伸长率、高冲击韧性锚杆与锚索联合支护,可以有效提高冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性。     

周期冲击载荷下巷道顶板开裂机理数值模拟

周期冲击载荷在采矿、土木等工程中较为常见。在周期冲击荷载作用下,巷道围岩会在极短时间内产生大量裂缝,块体会以猛烈方式脱离巷道围岩,造成岩爆、垮塌等灾害。自主开发的拉格朗日元和离散元耦合的连续-非连续方法主要包括4个计算模块:应力应变模块、节点分离模块、接触力求解模块和运动方程求解模块。鉴于单元畸变和局部自适应阻尼可能导致单元弹射出模型时速度失真,为了准确模拟弹射现象,在该连续-非连续方法的基础上,对弹射单元进行了刚化处理。该方法的实质是确保弹射单元在碰撞前后作刚体运动,这是通过对节点速度取平均、消除单元应力实现的。对周期冲击载荷作用下巷道围岩的变形—开裂—运动过程进行了模拟。模型尺寸为40 m×40 m,被剖分成160×160个正方形单元,巷道尺寸为6 m×6 m。模型的左、右侧面均为透射边界,即应力波经过时不会发生反射。通过在巷道顶板布置多个测点,获取了最大主应力在整个模拟过程中的演化规律。该过程包括巷道开挖前模型的平衡过程、巷道开挖后模型的平衡过程及应力波在模型中传播过程。研究发现,当应力波在模型中传播时,弹射单元任一节点的水平速度呈现上升—稳定—衰减的变化过程,这与不进行刚化处理...     

循环载荷下深部花岗岩的破坏机理研究(增刊)

在深部地下环境,随着温度升高和围压增大,花岗岩等硬岩呈现出从脆性到塑性转变的特性。同时,其力学行为和本构关系也会发生重大变化。岩石在循环载荷作用下,内部裂隙分阶段扩展,破坏过程受到裂隙空间分布、力学行为和加载条件等的影响。本文以水厂露天矿混合花岗岩为研究对象,通过三轴压缩试验和声发射监测试验,得到了岩石破裂各阶段的声发射特征值和相应的应力水平,获得了裂隙初始应力、裂隙贯通应力、峰值应力和残余应力的强度包络线,分析了深部花岗岩的破坏机理,确定了声发射信号和岩石破坏特征之间的对应关系,为工程应用提供了依据。     

冲击载荷下磁铁矿石破坏机制实验研究

合理处理大块矿石对于提高矿山生产效率具有重要意义,利用落锤冲击设备对磁铁矿石试件进行不同冲击速度的动载试验。基于波动力学分析了矿石呈不同破坏特征的作用机理,建立了磁铁矿石动载破坏模型,研究了动载下磁铁矿石呈“哑铃状—整体破碎—哑铃状劈裂”的破坏机制。研究表明,因介质波阻抗的不同,动载冲击下的拉伸波与压缩波主导了矿石轴向与环形裂纹的产生;在矿石自由面处,拉伸波的叠加碰撞使矿石不断地发生层裂破坏形成新生断面,且在两自由面相交处的破坏程度较高;不同应力波作用区域形成粗糙度不同的特征断面,破碎大块矿石具有最优动载条件。     

循环冲击下弱风化岩石力学特性与渗透率演化

低渗透弱风化花岗岩型稀土矿床中蕴含大量的中重型稀土,但矿体渗透性严重影响溶浸效率,提出利用爆炸冲击载荷对稀土矿体产生多次扰动,在确保矿体保持稳定性的前提下使内部细观结构发生变化,进而提高矿体渗透性。为探究爆炸冲击载荷多次扰动下弱风化花岗岩的力学特性及渗透系数的变化,利用Hopkinson冲击试验机、RMT-150C液压伺服试验机、核磁共振仪,对试件进行逐级循环冲击实验和冲击后的静态压缩实验,并测量试件的孔隙度与渗透系数。研究结果表明:逐级循环冲击下弱风化花岗岩存在裂隙压密阶段,但不明显;裂纹扩展阶段存在明显的应力松弛平台,且随冲击速度的增加愈加明显;动态峰值应力与临界应变随冲击速度的增加呈递增趋势;冲击后的静力学特性表现为随着冲击次数的增加,裂纹压密阶段持续时间增加,弹性阶段持续时间减少,裂纹起裂应力σ_ci、裂纹损伤应力σ_cd、单轴抗压峰值强度σ_f逐渐下降,临界应变逐渐增大。试件中含有小中大3种孔隙类型,在逐级循环冲击下整体表现为中等孔隙占比增加,小型、大型孔隙占比基本不变,有效孔隙度逐渐增加,第1次冲击后这种变化较为明...     

坚硬顶板大断面巷道的破坏机理及合理支护研究

针对关岭山煤矿开拓巷道的地质条件、围岩性质及破坏机理,通过理论分析,确定开拓巷道的支护参数,再运用UDEC数值模拟软件,对不同支护参数条件下巷道围岩的破坏变形情况及应力分布情况进行分析,从而优化巷道支护参数,得出开拓巷道的最优支护方案和支护参数。     

冲击动载荷作用下软岩力学参数变化及破坏模式研究

对泥岩、砂质泥岩2种软弱岩石利用分离式霍普金森实验系统进行冲击动载实验。通过实验研究及理论分析发现,深井软弱岩石在冲击动载下动态抗压强度、动态弹性模量、泊松比随随应变率的增大而增加;破碎尺寸随应变率的增大而减小。破坏模式为拉伸破坏和剪切破坏。     

冲击地压源的岩石破坏机理

冲击地压源岩石“瞬时爆炸性”破坏机理是冲击地压方面尚未解决的问题之一。一般认为,冲击地压是巷道影响地带岩体极限应力部位破坏的结果,这种破坏是在该部位岩体的应力变化速度超过其松弛速度时发生的。这样,就把岩体的脆性系数N>1的条件看成是产生冲击地压的原因。大家知道,岩石,其中包括煤的松弛时间并非以秒计,而是以年、月来计量的。因此,即使T_(min)相似文献   

坚硬顶板条件下维护动压巷道的探讨

三河尖煤矿已回采了七个坚硬顶板条件的长壁工作面，实践表明：当这些回采巷道仅受本工作面超前支承压力影响时，其维护较易；如果既受本面超前支承压力影响，又受邻近面的残余支承压力影响时，其巷道维护则十分困难，本文就此提出解决巷道维护困难的途径。     

坚硬顶板条件下维护动压巷道的探讨

三河尖煤矿已回采了七个坚硬顶板条件的长壁工作面。实践表明：当这些回采巷道仅受本工作面超前支承压力影响时，其维护较易；如果既受本面超前支承压力影响，又受邻近面的残余支承压力影响时，其巷道维护则十分困难，本文就此提出解决巷道维护困难的途径。     

冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性

为深入研究冲击载荷下加锚岩体抗剪力学特性,采用实验室试验的方法对2种锚杆材质的加锚岩体开展了不同冲击能量和预紧扭矩下的侧向冲击试验,分析了不同锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下抗剪力学性能的影响,监测了落锤冲击力-时程曲线,并利用高速摄像机捕捉了试样冲击变形的全过程.试验结果表明:加锚岩体冲击过程可分为落锤释放、锤岩下移和分离回弹等3个阶段.试样顶底面均为轴向剪切裂缝和伴随竖向裂缝;前面和背面均为腹剪斜裂缝和竖向裂缝;交界面裂缝以钻孔为中心向四周呈放射状分布,且上半部分裂缝数量明显多于下半部分,裂缝宽度多在10 mm以内.在一定范围内,中部混凝土块顶面和交界面破坏程度均随冲击能量的增大而增大,随预紧扭矩的增大而减小.锚杆受动态剪切会发生弯曲、径缩甚至断裂.在一定范围内,冲击能量越大,锚杆弯曲变形越大;预紧扭矩越大,锚杆抗冲击变形能力越强.CRM700型锚杆的抗冲击变形及破断能力均优于HRB500型锚杆,其能够显著提高加锚岩体的整体抗冲击性能.根据冲击力-时程曲线又可将冲击过程分为强冲击阶段、震荡阶段和衰减阶段.强冲击阶段时间仅1 ms左右,主要为锤头与试样发生接触;震荡阶段持续时间达10 ms左右,主要发生混凝土块的破裂失效和锚杆的弯曲变形.锚杆材质和预紧扭矩对加锚岩体在冲击载荷下的抗剪力学性能影响显著,使用CRM700型锚杆或施加适当的预紧扭矩均可提高加锚岩体的抗剪力学性能.     

冲击载荷下锚杆护表构件力学响应规律研究

为了揭示锚杆护表构件的抗冲击力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中护表构件的选择提供设计依据,采用落锤冲击试验装置开展煤矿常用托盘及其组合构件力学响应试验研究,分析护表构件的冲击力及变形特征.托盘冲击力时程曲线呈现急剧震荡加载、震荡稳载和迅速卸载3个阶段,冲击力以波动的形式围绕冲击力均值上下浮动;冲击力峰值随托盘面积增...     

冲击载荷作用下液压支架立柱液压系统特性研究

为了解决液压支架立柱受采场冲击载荷易于损坏的问题,利用AMESim仿真软件在构建立柱液压系统中的立柱模型、大流量安全阀模型和重锤模型的基础上,建立了立柱液压系统的冲击模型|按照国家对煤矿液压支架试验要求,对立柱进行冲击试验,研究了立柱液压系统的冲击响应特性,得到了立柱缸体内部乳化液压力峰值及变化曲线,得出在冲击载荷作用下需要加强液压支架立柱二级缸缸体强度、液压支架立柱系统达到压力峰值的响应时间与冲击质量和重锤下落高度存在一定关系等结论,从而为采煤工作面供液系统设计和液压支架设计提供重要依据。     

复合顶板巷道破坏机理及支护技术研究

为缓解五凤煤矿复合顶板巷道支护的困难局面,通过理论分析、数值模拟,对复合顶板巷道变形破坏机理及相应的支护技术进行了研究,提出了锚喷支护设计方案(破碎段仍采用工字钢加强支护的方式)。数值结果表明,采用上述设计的支护方案,巷道围岩取得了良好的控制效果。     

巷道顶板锚杆支护机理的极限载荷分析

运用薄板塑性极限理论分析了巷道顶板的破断极限载荷，讨论了影响极限载荷的因素，并给出了一个工程实例。     

采准巷道围岩特性及锚杆支护效应的力学机理

根据对锚杆支护的力学机理揭示 ,找到围岩的破坏形式及解决办法