基于应变耦合渗流模型的裂隙岩体弹性模量研究

原地直接测定裂隙岩体的弹性模量E_m,由于各种原因,在工程实践中往往有一定的困难。作为一种替代方法,通常人们利用实验室测得的岩石弹性模量E来确定裂隙岩体弹性模量E_m。提出的耦合应变渗流模型,建立了裂隙岩体中裂隙与岩块在应力作用下的变形协调和应力平衡关系,通过考虑裂隙岩体中地下开挖体涌水量大小可直接反映裂隙的贯通情况和密度大小这一事实,用地下开挖体涌水量大小和岩体弹性模量折减系数E_m来计算岩体弹性模量。为计算岩体弹性模量提出了一个可能的新途经。 该模型的结果与实际数据吻合良好。     

矿山井下岩体裂隙变形与水渗流关系模型

以实现矿山井下热害治理和热能源利用一体化为出发点,阐述利用流体渗流特性开发矿山地下热能的可行性;提出用高压水泵人工制造裂隙,用冷水冲刷地下热岩获取热能的想法;找出矿山井下自然涌水的主要原因;分析岩体裂隙变形的成因、特性,用数据表明建立岩体裂隙变形和渗流关系模型可以在等效连续介质状态下进行;最后建立了岩体裂隙变形与渗流关系模型,得出矿山地下水在岩体中的流动与岩体裂隙变形之间的关系。     

露天矿山边坡岩体疏干排水数值模拟分析

本文论述了边界单元法处理渗流问题的计算原理，针对露天矿山边坡裂隙岩体的汉透性，描述了各向异性岩体地下水在排水孔疏干过程中的渗流场分布及动态特征，     

露天矿山边坡岩体疏干排水数植模拟分析

本文论述了边界单元法处理渗流问题的计算原理，针对露天矿山边坡裂隙岩体的渗透特性，描述了各向异性岩体地下水在排水孔疏干过程中的渗流场分布及动态特征，为边坡疏干排水设计提供理论依据。     

采场岩体边坡渗流的裂隙控渗特征

裂隙岩体的渗透特性实质上是裂隙水力学问题，裂隙控制着岩体的渗透特性。大多数矿山岩体边坡，由于岩体裂隙发育较为密集，最大裂隙间距或平均裂隙间距与边坡的尺寸(通常高数百米)相比，一般都很小．流场区域体积远大于典型表征体单元REV体积，因此采用等效连续介质模型是合理的，并且能反映裂隙各向异性渗透特征对渗流场的控制和影响作用。实例分析表明，裂隙分布形式影响着裂隙岩体的渗透系数张量；裂隙分布影响着裂隙岩体边坡的渗流场分布，自由面等势线形态和剖面等势线形态明显受裂隙发育方位的影响，自由面等势线的展布方向趋向裂隙发育优势走向，剖面等势线的展布方向趋向裂隙发育优势倾向。因此，采场岩体边坡渗流的基本特征是裂隙发育对渗流的控制性。     

边界单元法在露天矿边坡疏干排水工程中的应用

该文首先讨论了边界无法处理渗流问题的计算原理,针对露天矿山边坡裂隙岩体的渗透特性,建立二维渗流模型,采用边界元数值方法模拟分析各向异性岩体地下水在排水孔疏于过程中的渗流场分布特征,并应用于露天矿现场实例之中。     

化学沉淀修复采动破坏岩体孔隙/裂隙的降渗特性试验

针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙通道中的渗流状态,通过注入可与地下水发生铁/钙质化学沉淀的试剂,评价沉淀物对采动岩体孔隙/裂隙的封堵降渗特性。结果表明:在为期近42 d的水渗流试验中,两试验模型降渗趋势显著,且均呈现先快后慢的分区降渗特征。裂隙岩样模型选用铁质化学沉淀进行封堵降渗,绝对渗透率由初始的15.1μm^2降低为0.01μm^2;试验初期受裂隙面岩石黏土矿物遇水膨胀作用的叠加,降渗速度快、时间短。石英砂管模型选用钙质化学沉淀开展降渗试验,绝对渗透率由初始的62.3μm^2降低为0.1μm^2;由于其宏观孔隙通道尺寸大、初始孔隙率高(32.8%),导致初期快速降渗阶段持续时间明显偏长,且试验末期对应绝对渗透率值也相对偏大。试验结果证实了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的封堵修复效果,同时也为利用化学沉淀方法进行采动覆岩导水通道封堵的含水层生态修复研究与实践提供了重要参考。     

煤岩体水射流破碎机理

假设非均质岩体微元的弹性模量和抗压强度均服从Weibull分布,用愈渗理论推导了非均质岩体的水射流破坏准则和水射流破碎非均质岩体的门槛压力;数值模拟了水射流在非均质煤层中的连续钻孔过程;并进行了水射流的破煤实验.研究表明,在水射流作用下,煤岩体中强度较弱的一系列微元首先破坏,形成裂隙.进入裂隙空间的水射流对裂隙发生的水楔作用,使裂隙尖端产生拉应力集中,导致裂隙迅速发展和扩大,裂隙与裂隙连通后使得大块的煤岩体脱落,形成破碎坑.当水射流压力为60 MPa时,煤体破碎距离达到0.5 m以上.     

深部损伤岩体弹性模量的确定方法

深部地下洞室开挖后,洞室表层围岩会出现大量微裂隙,在二次应力场调整过程中,这些微裂隙逐步扩展贯通导致围岩出现片帮、板裂以及塌落等损伤现象,从而无法利用钻孔取样对表层损伤区岩体的弹性模量进行确定。本文基于损伤力学原理,利用现场声波测试与经验公式对损伤岩体的弹性模量进行初步判断,确定其大致范围,然后联合神经网络与损伤本构模型RDM对岩体的弹性模量进行精确反演,进而获得损伤岩体弹性模量的分布规律。通过红透山27采场的实际应用,证明了该方法确定深部损伤岩体弹性模量以及岩体完整性分布规律的可行性。     

裂隙岩体裂隙网络渗流模拟研究

给出了裂隙岩体渗注以的几个基本定义。将岩体裂隙网络视为一个图，利用离散数学图论中图的矩阵表示法和单一裂隙渗流的立方定律，建立了裂隙岩体裂隙网络渗流模型，并将该模型用于实际边坡工程岩体裂隙渗流分析。     

单一裂隙渗流的格子Boltzmann数值模拟

基于格子Boltzmann方法在计算流体力学方面具有程序易于实现、边界条件处理简洁、计算效率高、可得到清晰物理图像等优点,将其与D2Q9模型结合,采用非平衡外推格式的分布函数边界,建立单一光滑平板裂隙渗流模型,并结合经典流体力学的泊肃叶流算例,验证了模型的有效性。最后,分析不同压力差、不同隙宽对单一裂隙渗流量及流量稳定所需计算时步的影响,得出:单一裂隙渗流过程中,压力差或隙宽越大则该时刻下的渗流量越大,而渗流量达到稳定的计算时步与压力差和隙宽呈相反关系,即压力差与隙宽越大则其渗流量达到稳定所需计算时步越长。     

裂隙性质对岩石压缩力学特性影响的扩展有限元研究

为探讨裂隙面变形参数对非贯通裂隙岩体压缩特性的影响，基于ABAQUS中的应变软化模型描述岩石力学行为，采用扩展有限元法(XFEM)计算裂纹扩展路径，重点研究了裂隙几何参数(长度、倾角、中心距、排距、数量)、强度参数(裂隙面摩擦因数)、变形参数(裂隙面法向刚度及切向刚度)以及围压对裂纹扩展路径和岩石压缩力学特性的影响。研究结果表明，裂隙岩体单轴抗压强度和弹性模量随裂隙长度和数量的增加而不断降低；随着裂隙中心距和排距的增大，裂纹面间相互作用减小，裂隙岩体抗压强度和弹性模量均有不同程度的提高；随着围压、裂隙面摩擦因数、裂隙面法向刚度及切向刚度的增大，裂隙岩体抗压强度和弹性模量均随之提高；随着裂隙倾角由0°增加至75°,试样的抗压强度先减小后增大，并在倾角为45°时最小，呈开口向上的抛物线规律变化；裂隙长度、数量、倾角、中心距、排距以及围压对裂纹扩展路径影响较大。     

含自由面岩体预裂爆破控制技术

运用波的传播规律及力学知识,分析了应力波在自由面附近的传播形式,得出了采用反射系数表示岩体自由面反射前与反射后的应力关系式,认为反射应力随应力波入射自由面角度增大而减小。根据柱状爆破岩体破坏特征将含自由面岩体分为:爆破空腔、裂隙发育区、弹性区和反射应力拉伸破坏区,并针对煤层预裂爆破提出了保护自由面完整性的方法。运用LS-DYNA程序模拟了爆破应力波在自由面及无反射边界面的传播形式,认为应力波在自由面处发生反射,在距自由面0.5~0.8 m范围内形成反射应力波作用区。     

芦岭矿810采区围岩岩体物理力学参数的修正

利用岩体损伤分析原理,通过裂隙率观测,找出了岩体损伤参量与裂隙率之间的关系,建立了岩体与岩块弹性模量之间的修正关系式,结合位移反分析原理得出芦岭矿810采区围岩岩体有效物理力学参数的修正值。     

裂隙性对岩体稳定性影响的评价

在由坚硬岩石构成的岩体中,岩石的裂隙性对矿山坑道的稳定有决定性的影响。岩体被其生成和存在过程中形成的裂隙系统分割破裂,导致产生岩体结构的弱化效应,它表现为裂隙岩体的强度低于岩石试样的强度。裂隙构成现有弱面的总体,通常沿这弱面发生岩体破坏。所以在坚硬岩石中的结构弱化比尺寸效应(随着试样体积增大,其强度降低)占优势,尺寸效应在评价矿山工程     

基于三维摄影测量地质调查的边坡破坏模式分析

边坡安全是露天矿山安全生产的重要环节,准确计算分析边坡稳定性必须了解岩体节理产状。通过三维摄影测量系统进行工程地质调查,查明了图木尔廷-敖包锌矿岩体节理裂隙产状,并对每种岩体的节理裂隙进行了分析,得出了其可能导致的边坡破坏模式,为边坡稳定性计算提供了基本依据。     

裂隙岩体工作面注浆浆液扩散规律及工程应用

基于裂隙注浆浆液扩散规律的研究,通过理论分析得出了裂隙岩体中牛顿流体的浆液扩散规律,并基于该模型开展了矿山井下开拓工程的注浆参数设计,同时根据工程的注浆资料和开拓揭露资料,验证了裂隙岩体中牛顿流体扩散规律应用的可靠性。     

铜陵冬瓜山铜矿水文地质特征及防治水对策

冬瓜山铜矿北段矿体埋藏较深,水文地质条件较复杂。分析了该矿区的水文地质条件,重点阐述了矿区含(隔)水层特征、破碎带水文地质特征以及矿山水害情况,并讨论了矿山主要突水水源与突水通道。研究表明:(1)矿区含(隔)水层可划分为松散岩类孔隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、碳酸盐岩类夹碎屑岩类溶蚀裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组、岩浆岩类裂隙含水岩组等5个含水岩组;(2)矿区主要破碎带有龙塘湖破碎带、铜塘冲破碎带以及阴涝—大冲破碎带,该类破碎带沟通了含水层之间的水力联系,强化了地下水径流,为矿区地下水的主要导水通道;(3)浅层地下水为矿床充水的主要水源,目前矿区的坑道涌水点出露于顶板接触带、底板接触带以及岩体接触带,以裂隙涌水为主,矿区充水途径主要有构造破碎带、岩体接触带、层间构造、青山背斜轴部裂隙密集带以及未封孔或封孔质量不合格的勘探钻孔。在上述分析的基础上,为有效解决该矿井下突水问题并降低工程成本,采用井下封堵导水通道的方式进行涌水治理,详细阐述了具体的技术工艺实施要点,取得了较好的实践成效,对于类似深井开采的矿山井下涌水防治有一定的参考价值。     

煤岩体声波波速随温度变化规律试验研究

为了研究温度对煤岩体中波速传播的影响,利用自制的声波参数测试系统试验研究了煤岩体波速随温度变化规律,以期为研究声波在煤岩体中的传播提供理论参考。研究结果表明:随温度升高,煤岩体试样内纵横波波速总体表现为减小,在减小过程中会出现波动现象。试样的波阻抗大小与波速大小之间具有高度正相关特性。温度的升高将使煤岩体内各种矿物成分发生热膨胀,但由于这些矿物种类不同,其热膨胀系数也不同,导致其中的微孔隙或裂隙发生增长和扩大,煤岩体孔隙结构发生变化,煤岩体弹性模量和波速减小;另外,温度的升高会造成煤岩体内矿物质或胶结物的变化,从而导致煤岩体弹性模量和波速的降低。     

湛江某地下水封洞库涌水量估算与分析

采用常规的水文地质比拟法、经验解析法以及应用FLAC3D所进行的数值模拟分析等多种方法,同时引入了考虑多个平行洞室的渗流量计算方法,对广东湛江某地下水封洞库工程中洞室群的涌水量进行了估算预测,并对这些方法和计算的结果进行分析对比。分析对比表明,水文地质比拟法由于目前缺失必要的工程实践资料,尚不具备应用条件;经验解析法和水动力学法考虑多个平行洞室的渗流量计算方法由于难以获得裂隙岩体的综合渗透系数,对施工初期的涌水量计算是不真实的,但对运营期长期稳定涌水量的计算比较准确;而数值模拟法能够比较充分地模拟出围岩含水介质的水动力学特性和特定的边界条件。分析对比同时表明,地下洞室在符合地下水以侧向补给的条件下,采用二维水文地质模型简化按经验解析法与采用三维数值模拟的结果基本一致。