冻结软岩的非线性弹性蠕变模型研究

采用分级增量加载方式,对冻结软岩进行单轴蠕变试验,试验结果表明,试件的弹性应力应变曲线呈非线性关系,对此引入非线性弹性元件对西原模型进行改进,建立非线性弹性蠕变模型,并对试验结果进行拟合,试验曲线与模型曲线较吻合,验证了模型的合理性。     

采动覆岩移动动态模型与参数反演

研究了采动覆岩移动的动态性，采用三参数流变模型，用等效弹性模量的方法对采动覆岩岩层力学参数进行了反演。反演得到了的力学参数是覆岩移动动态模拟的基础。     

软岩巷道支护蠕变分析

根据粘塑性固体的蠕变分析，给出软岩巷道锚喷、锚注支护的力学机理，为煤矿软岩巷道的支护设计提供理论依据，并指出今后的发展方向。     

大浞河铁矿软岩巷道围岩蠕变的黏弹性参数反演

大浞河铁矿1采区-140 m水平采场进路开挖后,部分巷道围岩随时间推移持续向内收缩,显现出蠕变特性,对正常的生产经营造成了一定安全隐患。为探明巷道围岩变形机理,在一采区中段采场进路巷道进行原位试验,利用圆形巷道测试数据曲线的特点,选取合适的蠕变模型。根据黏弹性蠕变位移公式,借助Origin分析推导出模型所需要的参数。通过增减FLAC3D内置模型的参数项,修改内置蠕变模型的流变特性,使之符合巷道蠕变试验实测曲线的变化规律。利用圆形巷道实测曲线反演的蠕变参数对巷道围岩的顶板、底板、帮的蠕变变形进行模拟,并对三者的位移进行比较分析。分析结果表明：三者的位移曲线曲率相近,取得的数据具有一定价值,采用此种方法进行反推黏性参数,对圆形巷道的围岩蠕变分析具有一定的推广价值。     

层状软岩巷道本构模型的实现与验证

层状岩体是煤矿工程中普遍存在的一种赋存岩体类型,而目前的软岩巷道模型多采用各向同性的软化模型,没有考虑到层状特性,导致模拟结果与现场相比差距很大,基于横观各向同性建立了层状软岩的力学模型,并以某矿首采区5号煤层为背景,分析考虑了不同角度下围岩的位移分布特征,研究表明倾角对于巷道开挖后的应力分布有一定的影响,尤其在倾角为30°～60°之间时顺着岩层倾角的边墙侧极易发生垮塌,从而也验证了该模型应用于层状软岩岩体是合适的。     

盐岩蠕变特性及其非线性本构模型

为了研究盐岩的蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了三轴压缩分级加载蠕变试验。试验结果表明:在围压一定的情况下,随着轴向应力增大,盐岩瞬时应变、蠕变应变以及蠕变速率等均随之增大,同时进入稳态蠕变阶段所需要的时间逐渐延长;等时应力-应变曲线显示,盐岩蠕变具有非线性特征,且其非线性程度与蠕变时间和应力水平有关,蠕变时间越长、应力水平越高,非线性程度越高。基于非线性流变力学理论,提出了一种非线性黏滞体,其黏滞系数是所加应力水平和蠕变时间的函数,将非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立了可描述盐岩非线性蠕变特性的MBurgers模型,并根据盐岩蠕变试验结果,采用曲线拟合法对MBurgers模型的参数进行了反演识别。拟合曲线和试验曲线对比显示,两者吻合良好,误差较小,说明该模型可以描述盐岩的蠕变特性。     

露天矿高陡边坡软岩蠕变-大变形试验及本构模型

为探寻露天矿高陡边坡软岩蠕变-大变形规律,开展了软岩常规压缩、峰值前压缩蠕变和峰值后压缩蠕变等试验。试验结果显示:软岩常规应力-应变曲线表现出了明显的弹脆塑性向弹塑性转化的趋势,由于软岩的强度较低,该现象更加明显;软岩蠕应变对围压的敏感度较高,峰值前低围压时弱层软岩的蠕应变由2.5%增大到14.5%,说明软岩在低围压、高应力作用下具有典型的大变形特征;峰值后弱层软岩的蠕应变变化较小,说明其峰值后蠕变特性不稳定;峰值前的黏滞系数受围压的影响大,随着围压的增大,K体与M体的黏滞系数逐渐减小;围压对峰值后的黏滞系数影响较小,但对K体黏滞系数影响的要较M体的大,软岩会由弹性阶段向塑性阶段转化。在试验研究的基础上,建立了软岩BNSS蠕变-大变形本构模型。     

软岩分类及软岩巷道支护方法

本文根据软弱岩体中起主要影响作用的因素将软弱岩体分为五种类型 :即软弱型、破碎型、软弱破碎型、高应力型和膨胀型 ,给出了相应的分类指标及其国际工程岩体分级标准中参数Q的对应值 ;并根据不同类型软岩巷道围岩变形定性规律、失稳规律确定出其支护原则和支护方案。     

软岩现场流变试验及非线性分数阶蠕变模型

软弱岩体的流变力学特性研究对于保证矿井软岩巷道围岩的稳定性具有重要的意义,有必要进行软弱岩体的现场流变试验及其本构模型的研究工作。首先进行了煤矿软岩巷道底板大体积软弱岩体的现场分级加载压缩蠕变试验,其后引入分数阶微积分理论,采用Abel黏壶元件替代传统Burgers流变模型中的粘弹性体(即Kelvin体),并基于现场岩体流变试验结果中岩体试样在加速蠕变阶段的变形特征,在改进后的Burgers模型上串联上非线性黏塑性体(即NAVPB),建立了现场软弱岩体的非线性分数阶蠕变模型,最后基于岩体试样的流变试验数据,进行了非线性分数阶蠕变模型和Burger模型的参数拟合与对比分析。软弱岩体现场流变试验结果表明:岩体试样是否发生加速蠕变与加载的应力水平有关,其蠕变存在加速蠕变应力阈值,应力不大于该阈值时,岩体试样蠕变只发生衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,且稳定蠕变阶段变形速率不为零;应力大于该阈值时,岩体试样经历完整的衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变3阶段并最终发生破坏,且存在加速蠕变启动时间点。模型参数拟合及对比结果表明:提出的软弱岩体非线性分数阶蠕变模型结构较为简单,相较于Burgers模型,能较好地...     

高应力软岩巷道蠕变控制机理及支护技术

为了解决长期处于高地应力环境下的软岩巷道持续蠕变的难题,通过对软岩巷道围岩质点的应力状态进行分析,得到了一种降低围岩蠕变动力的新原理,即:强表抑蠕原理。同时根据该原理提出了一种增强围岩表面强度的双层网壳锚喷高强支护关键技术,并且通过现场工业性试验论证了该支护方法比普通锚喷支护更能有效的抑制软岩巷道的蠕变。     

软岩巷道围岩蠕变滞流效应分析

根据现场围岩变形实测数据,发现软岩巷道围岩蠕变能力随软岩层厚度减少而逐渐减弱的特点,提出了软岩巷道围岩蠕变“滞流效应”的观点。基于软硬岩层间摩擦阻力及围岩质点位移约束应力的作用,分析了“滞流效应”发生的力学机理。利用动态仿真技术得到了围岩发生“完全滞流”所对应的临界条件,给出了临界厚度的确定方法。在上述研究的基础上,较为深入地剖析了“让压”的本质原理,指出了“让压”原理的适用性,补充与完善了 “二次支护”的内在含义。最后借助于现场工业性试验论证了“滞流效应”的研究对巷道支护方案设计的重要性。     

富水软岩的蠕变特性实验及非线性剪切蠕变模型研究

富水软岩巷道变形速度快,变形量大,巷道支护困难,建立描述该类软岩特性的流变模型是解决该问题的关键。通过不同含水率软岩的直剪蠕变试验表明:在同一剪应力水平下,随着含水率的上升,软岩瞬时弹性模量、极限变形模量和黏滞系数将下降,蠕变速率先增大后减小,加速蠕变的破坏时间缩短;在同一含水率条件下,随着剪切应力的增加,软岩瞬时剪切位移量、蠕变变形量和衰减蠕变段的曲率半径都逐渐增大。依据含水软岩蠕变的非线性特征,建立了能够描述含水软岩蠕变特性的非线性剪切流变模型,基于BFGS算法和通用全局优化法对模型参数进行识别,识别结果与试验曲线吻合较好,表明所建模型的正确性和合理性,该成果可为深部复杂地质力学环境下的富水软岩巷道稳定性研究提供参考。     

孔隙水压力对软岩蠕变规律影响的实验研究

利用带有压力密封仓的三轴蠕变仪进行了不同孔隙水压力条件下软岩蠕变试验,通过最小二乘回归分析对蠕变方程进行了参数识别.研究表明：孔隙水压力对软岩蠕变影响显著,主要体现在初始应变量和弹性参数的变化;不同应力水平作用下,软岩蠕变存在着明显的应力阙值,在高应力水平作用时,蠕变表现为完整的3个阶段,稳定蠕变阶段比较短暂.     

软岩巷道掘进支护方法研究

针对塘子凹矿区软岩巷道的变形破坏特征,提出了软岩巷道支护与加固的技术措施和施工方法.采用有限元软件对花岗岩中巷道掘进过程中围岩的应力、塑性区及安全率进行了模拟分析.模拟结果表明:锚杆长度为1.8m,间排距为0.75 m×l.0 m,喷射混凝土厚度为10 cm时,采用反拱形式浇灌底板是比较经济、合理的施工方案.该方法有效...     

软岩蠕变的温度效应及实验分析

以砂岩为例,扩展到软岩,认为软岩蠕变是“强化作用”和“弱化作用”动态变化的过程,蠕变的各阶段发生与否和“弱化”“强化”强度对比有关。通过包含温度的砂岩单轴、三轴蠕变实验,并进行数据分析,得到结论：软岩蠕变的发生,力是主导因素,热是辅助影响因素,进一步地,应力差是主导因素。温度升高,软岩蠕变总量、起始蠕变量、瞬时热应变、蠕变速率都增大。因此,在深部软岩工程的设计中,应考虑岩体蠕变的温度效应。     

软岩巷道中采用锚杆支护的技术措施

分析了童亭煤矿传统巷道支护方式存在的问题 ,介绍了应用新型锚杆支护技术采取的一系列措施、方法及取得的成效 ,并提出了今后的应解决的问题。     

Nonlinear creep damage model for soft rock under uniaxial compression

A nonlinear creep-damage model for soft rock under uniaxial compression was presented, which takes into account both nonlinear creep and damage growth with time. The model is based on the hardening theory. The model is validated through comparison with experimental results.     

基于扰动因子的软岩扰动蠕变本构模型

动力扰动下处于极限强度的深井软岩巷道围岩具有流变变形量大,变形速率快的变形特征,致使软岩巷道支护困难和灾害频发。为了研究软岩在动力扰动下蠕变破坏特征及本构模型,通过自主研制的岩石扰动蠕变实验系统对泥页岩进行了分级加载流变实验,试验结果表明:非稳定蠕变曲线在扰动前后流变变形明显不同,当施加应力水平较小时(处于第Ⅰ,Ⅱ蠕变阶段),每次扰动的瞬间会使岩石应变突变,但突变值随后逐渐回弹,最终岩石变形速率趋于一个稳定值;当应力水平较大时(处于第Ⅰ,Ⅱ蠕变阶段),岩石经过多次扰动后,当积累能量达到岩石破坏能量时,诱使岩石发生加速流变,而原处于蠕变第Ⅲ阶段的岩石的蠕变速率加快,缩短了岩石破坏的时间。基于岩石扰动状态理论,提出一个以扰动能量和扰动次数为自变量的扰动因子函数,以它为权重函数与NRC模型有机结合,建立了软岩流变扰动效应的本构模型并对模型参数进行识别,结果表明理论曲线与实验曲线吻合较好,验证了该模型能够正确性地描述动力扰动下软岩蠕变特征,该成果对于深部地下工程的稳定性研究具有参考价值。     

爆破震动影响下软岩巷道变形破坏特征研究

针对爆破震动对软岩巷道的稳定性产生影响的问题,对爆破震动条件下巷道变形破坏规律进行了研究。以矿山岩石力学理论为指导,对巷道稳定性受爆破震动影响的力学机理进行了理论分析。采用现场试验和三维数值模拟实验方法进行了实验研究,获得了爆破震动条件下软岩巷道的稳定性特征。研究结果表明当受到爆破震动影响时,巷道围岩内的塑形区将显著增大,从而加剧了巷道的变形破坏。     

复合支护在软岩巷道中的应用

针对井底水仓的围岩特性 ,对破坏原因进行分析 ,提出切实可行的支护方法