单裂隙岩石动态强度破坏准则的数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件,对不同弹速冲击下单裂隙岩石的SHPB动态破坏进行了数值仿真模拟,通过对模拟数据的回归分析确定强度准则数学表达式中的待定系数,并探讨了加载平均应变率与待定系数的关系。结果表明：岩石力学中常用的几种强度准则,包括Mohr-Coulumb准则、Hoek-Brown准则、Griffith准则等并不适用于单裂隙岩石的冲击破坏,而Fairhurst准则具有较好的适用性;随着加载平均应变率的增大,Fairhurst准则中的2个待定系数均近似线性增长,据此构建了适用于单裂隙岩石的动态Fairhurst强度准则。基于计算机仿真模拟对单裂隙岩石的动态强度准则进行拟合分析的方法,为下一步更便捷、高效地得到岩石材料的强度破坏准则提供了新思路。     

相交双裂隙岩石损伤断裂特征

为了探求相交双裂隙岩石损伤断裂特征,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对不同角度的单裂隙、中点相交的等长双裂隙岩石在单轴压缩、单轴拉伸作用下的破坏过程进行数值模拟.结果表明:双裂隙试件除共轭裂隙之外,在压缩条件下首先在高角度裂隙两端产生扩展裂隙,拉伸作用下试件的断裂方向由低角度裂隙决定;当试件中的裂隙角为60°和75...     

岩石破坏的损伤——断裂理论

岩石的破坏过程是损伤与断裂综合作用的结果,把损伤理论与断裂理论结合起来对岩石破坏过程进行分析是一种更切合实际的理论方法。利用损伤理论和断裂理论,首先推导了由于岩石的断裂韧性与损伤变量之间的定量关系;然后又讨论了脆性岩石中新裂纹的产生条件和起裂准则。结果表明:综合考虑损伤与断裂的破坏理论是能更好地反映岩石实际破坏过程的一种新的理论,可在以后的理论研究和实际工程中得以更为广泛的应用。     

分层介质对巷道裂隙围岩稳定性影响的数值分析

对分层介质中具有单一裂隙的巷道围岩问题，用边界元分区算法，沿裂隙面及介质分层面将围岩分区，对每个子域分别建立边界积分方程；在裂端配置1／4面力奇异单元，对张开或闭合状态的裂隙，既模拟了裂端位移规律，又模拟了裂端应力1／√r变化规律。以应力强度因子为指标，依据岩石断裂理论，系统地分析了两层介质的弹性模量比、不同弹模比值时裂隙面的摩擦系数、水平分界面到巷道中心的距离、分界面倾角等因素，对裂隙围岩稳定性的影响，得出一些有价值的结论。这种研究方法适用于一般几何形状巷道的裂隙围岩问题。     

卸载条件下单裂隙岩石的破坏规律

为了研究卸载条件下裂隙岩石破坏规律,以理想岩石中预制单裂隙角度为π/4试件的三轴压缩试验为基础,利用莫尔-库伦准则对岩石裂隙破坏过程进行理论分析,得出了理想条件下的单裂隙岩石破坏规律。结果表明,单裂隙岩石破坏分为3个阶段:卸载初期,岩石变形处于弹性阶段,岩石裂隙对于岩石强度影响相对较小;卸载中期,岩石裂隙进一步发生破坏,裂隙破坏以扩张为主,并且裂隙尖端处产生应力集中;卸载后期,岩石产生新裂隙,预制裂隙进一步发生破坏,直至岩石整体破坏。     

不同组数预制裂隙类岩石力学特性对比分析

针对存在原生裂隙岩体破裂后的整体稳定性,本文利用RYL-600微机控制岩石剪切流变仪对4组不同预处理的裂隙红砂岩试样进行常规的单轴压缩试验,旨在通过分析并归纳总结预制裂隙岩体的断裂机制,深入验证岩体裂纹扩展与脆性特征之间的内在关联性.试验结果表明:(1)根据单轴压缩下应力应变与裂纹萌生、扩展的关系,可以很好验证脆性指标...     

分层介质对巷道裂隙围岩稳定性影响的数值分析

对分层介质中具有单一裂隙的巷道围岩问题,用边界元分区算法,沿裂隙面及介质分层面将围岩分区,对每个子域分别建立边界积分方程;在裂端配置1/4面力奇异单元,对张开或闭合状态的裂隙,既模拟了裂端位移规律,又模拟了裂端应力1/r变化规律。以应力强度因子为指标,依据岩石断裂理论,系统地分析了两层介质的弹性模量比、不同弹模比值时裂隙面的摩擦系数、水平分界面到巷道中心的距离、分界面倾角等因素,对裂隙围岩稳定性的影响,得出一些有价值的结论。这种研究方法适用于一般几何形状巷道的裂隙围岩问题。     

裂隙几何特征对岩石强度影响模拟实验研究

为探究裂隙几何特征(倾角、长度、位置)的综合作用对岩石峰值强度的影响,对含单裂隙岩石进行单轴压缩的数值模拟实验,分析裂隙倾角、长度、位置对岩石强度特性和破裂特征的影响,同时基于多元逐步回归分析,将三者对岩石峰值强度的影响性进行评价。结果表明:倾角对新生裂纹的起裂位置与起裂时间作用明显,长度与岩石的完整性与稳定程度具有相关性,位置影响裂纹扩展规模和岩石破坏形态;裂隙倾角、长度与位置对岩石峰值强度的影响程度在不同区间内有所差异,从整体来看,由于位置影响因子较小被作为无关变量剔除,在小于45°区间内,对岩石峰值强度的影响程度大小为长度倾角位置,长度与倾角的影响因子为0.82、0.36,在大于45°区间内,对岩石峰值强度的影响程度大小为倾角长度位置,长度与倾角的影响因子为0.344、0.866,同时,建立的逐步回归模型可以有效评价岩石强度,对岩石初始损伤判定具有一定参考价值。     

深部巷道裂隙围岩危险体判定及应力监测预警

工程岩体是由节理、裂隙等结构组成的不连续介质体,深部巷道处于高地压、强扰动的复杂工程环境中,裂隙岩体的稳定性是深部工程安全稳定性研究的重要课题。本文以矿井深部巷道为研究对象,构建离散裂隙网络模型,获得等效岩体参数,并以此建立裂隙岩体工程模型;分析工程巷道裂隙围岩的应力、变形和破坏特征。模拟试验结果表明:斜联巷、釆联巷、水仓与主运输巷交叉等位置是应力集中区,易产生张拉、剪切破坏;根据数值模拟获得的应力集中危险区域分布特点,布设围岩应力监测网络,成功预警位于斜联巷和水仓连接巷的顶板塌落事故,为矿山设备、人员安全提供了可靠的保障。     

松软(破碎)岩层巷道支护问题探析

对松软 (破碎) 岩层进行分类, 并对其围岩变形、破坏机理以及对巷道支护关系进行分析, 提出流变岩体、弹塑性变形膨胀碎胀岩体、高地应力碎胀岩体中巷道支护的方式, 对松软(破碎) 岩层巷道支护有一定参考价值。     

破裂岩体承压注浆加固力学特性试验研究

在完整岩样单轴压缩试验的基础上,采用自制注浆系统对破裂岩样进行了承压注浆加固和固结体的力学特性试验,并利用 KH-3000视频仪对注浆加固前后岩样的微观结构进行了观测和分析。研究结果表明：破裂岩样存在大量的贯穿裂隙,岩样破坏以张拉破坏为主;承压注浆后,破裂岩样的张拉和倾斜破裂面得到了不同程度的充填和固结,其强度与破裂岩样残余强度相比有较大的提高,但强度恢复系数不高;承压注浆能够促进破裂岩样的变形由脆性向延性转化,并使其侧向变形和轴向变形趋于协调;围压水平对浆液注浆量、岩样径向应变、注浆固结体强度及强度恢复系数有着很大影响,随着围压的增大,加固效果显著增强。     

单轴压缩下破裂岩样强度及变形特征

巷(隧)道围岩的显著特点为破裂后承载,破裂围岩强度及变形特征的正确评价对其围岩稳定控制意义明显。以从已破坏返修段巷道现场采集的破裂岩样为研究对象,根据其现场多处于近似零围压或低围压的应力环境,借助MTS伺服试验机对其单轴压缩下再破坏时的强度及变形特征进行系统研究。结果表明:破裂面对岩石的峰值强度产生明显的影响,对残余强度无直接决定性的影响;破裂岩样全应力-应变曲线总体可分为单峰型和多峰型2类;破裂面对岩石的割线模量及泊松比、峰值轴向应变影响不明显,但对峰值环向及体积应变影响明显;破裂岩样破裂面扩展过程及最终的破坏模式与原主破裂面的角度有关,主破裂面与加载方向近乎平行时,多发生竖向劈裂破坏,当两者垂直时,多发生竖向劈裂与横向主破裂面贯通破坏,其他情况大多发生竖向劈裂与剪切组合破坏模式;破裂岩样表面破裂面分布具有明显的分形特征,且其单轴压缩峰值强度与其表面破裂面盒维数两者之间总体符合线性单调减函数关系。     

深部破裂岩体锚注加固结构承载机理分析

针对深部巷道围岩变形失稳特点，在分析锚注加固结构承载机理的基础上，提出锚注加固形成的多重组合拱结构是控制深部破裂岩体变形、发挥应力强化特性的关键层，并运用弹塑性理论给出了锚注加固结构极限承载能力的确定方法．     

不同节理间距条件下岩体双孔爆破动焦散试验研究

采用爆炸加载数字激光动态焦散线测试系统(DLDC),研究双孔同时起爆条件下3条平行预制裂纹的扩展行为及裂纹尖端应力强度因子的变化规律,分析预制裂纹间距对其扩展及断裂破坏的影响规律。研究结果表明:双孔同时起爆条件下,炮孔近端预制裂纹尖端应力强度因子均呈先增大后减小的趋势,表明爆炸荷载作用分为两个阶段:加载阶段和卸载阶段,其中卸载阶段裂纹尖端应力强度因子逐渐减小,但扩展速度较大,在爆炸过程中占主导地位;中间裂纹扩展效果明显的试样中,其尖端应力强度因子从峰值6.52×10~5N/mm~3/2逐渐减小,并且两组试样的中间预制裂纹尖端扩展方向不同,表明中间预制裂纹扩展属于卸载扩展,爆炸应力波对中间预制裂纹尖端扩展主要起导向作用,爆生气体在中间预制裂纹尖端扩展过程中占主导作用;中间预制裂纹尖端扩展效果受与其贯通的两条次生裂纹的垂直距离影响,距离越小,中间预制裂纹尖端扩展越充分。     

离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响研究

构建不同结构特征的离散裂隙网络,然后建立相应的等效岩体模型,通过单轴压缩数值试验得到等效岩体模型的力学参数,分析离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响。结果表明：随着裂隙密度P₃₂的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变近似线性递减,泊松比近似线性递增；随着裂隙倾角均值的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变先减小后增大,泊松比先增大后减小,在60°时达到极值；对于裂隙倾角的分布特征,当裂隙倾角均值为60°时,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变随Fisher分布常数的增加而减小,泊松比随Fisher分布常数的增加而增加,而对于其它裂隙倾角均值的情况,Fisher分布常数对裂隙岩体力学参数的影响较小；对于裂隙直径的分布特征,幂律分布指数对裂隙岩体力学参数的影响较小；敏感性分析结果表明,单轴抗压强度对于离散裂隙网络几何参数的敏感性最大,弹性模量的敏感性最小。     

圆形巷道围岩应力场的自然边界元法

根据复变函数法和复Fourier级数法，通过自然边界归化分别得到了圆形巷道在整体平衡支护及局部非平衡支护时围岩内Airy应力函数的边界积分公式，并得到了各自应力场的解析解或数值解；对比分析了这两种应力场随侧压系数或支护角度变化的分布规律，计算表明，局部支护时随着侧压系数或支护角度的增加，压应力峰值下降，使得上覆岩层的稳定性得到提高．     

六苴铜矿深部岩体地应力特征分析与研究

六苴铜矿深部开采过程中面临着较大的高应力灾害问题,在综合对比分析目前国内外主要地应力测量方法的基础上,确定采用空心包体应力解除法进行矿区地应力测量。本次地应力测试工作共布置了4个测点,每个测点进行了两次应力解除测量,大大的提高了测试结果的精度。测试分析得到了岩体最大主应力值、应力方向以及深部岩体的应力分布规律,可为后续深部巷道布置、支护设计优化等工作提供可靠的基础参数。     

考虑中间主应力的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于Drucker-Prager准则,引入中间主应力系数,推导出不同侧压系数下巷道围岩塑性区边界线方程,用于预测不同侧压系数下巷道围岩塑性区的大小和形状。用单因素分析法,考虑不同中间主应力下,巷道围岩塑性区半径的变化规律。在侧压系数λ=1的时候,对在D-P准则下和在Mohr-Coulomb准则下巷道围岩塑性区的大小进行比较。侧压系数越偏离于1,巷道围岩塑性区水平方向和垂直应力侧差异增加,对围岩塑性区的大小和形状影响也越大;随中间主应力增大,塑性区范围越小。