安家岭煤矿岩体结构数字识别及关键块体确定

安家岭煤矿存在大量不稳定块体,安全隐患非常高,必须进行关键块体的预防治理工作。以北帮1300边坡平台为工程背景,采用先进的三维岩体不接触测量技术,进行岩体结构面的现场测量,获取岩体节理几何形态空间分布信息,建立三维岩体结构面空间分布模型。在此基础上,利用获得的边坡岩体结构面基本参数信息,基于不稳定块体快速识别和分析系统(Geo SMA-3D),进行边坡关键块体的搜索,并对所得结果进行理论分析,确定边坡较易掉落的块体及影响块体不稳定的因素。     

结构面切割不同岩性巷道围岩关键块体研究

为研究红岭铅锌矿矿房在结构面切割作用下的稳定性,分析巷道围岩受结构面的切割破碎程度,减少回采过程中块体掉落造成的危险,采用数字摄影测量技术,进行岩体结构面测量,获取结构面基本参数信息;根据BQ指标进行岩体质量分级,基于推广Hoek-Brown强度理论进行岩体力学参数计算;建立结构面离散裂隙网络模型,进行结构面切割下的不同岩性巷道关键块体研究,并给出破碎程度评价。研究表明大理岩岩体产生123块关键块体,最破碎;板岩岩体产生79块关键块体,破碎程度居中;矽卡岩岩体产生27块关键块体,破碎程度最小。     

基于3GSM边坡危岩体识别的研究

通过不接触测量方法快速精细量测边坡岩体结构面几何信息,获取优势结构面,结构面、开挖面相互切割形成块体,利用块体理论对其进行分类汇总计算,判断块体是否为危岩体,并提出危岩体控制措施。     

基于数字摄影测量的结构面、关键块体确定及其三维重构

通过3GSM三维岩体不接触测量技术,对夏甸金矿-615分层水平54902采场进行矿岩体裂隙和结构面数字摄影测量,获取一系列真实反映岩体宏观结构的图像,从中提取节理裂隙和结构面的空间分布信息。在此基础上,利用东北大学自主研发的不稳块体快速识别和分析系统Geo SMA-3D,进行某测点的不稳块体搜索。最终将表征结构面、关键块体形态的数据实体化后集成到虚拟场景之中,实现矿岩体特征的快速识别、确认及真三维展示的功能。     

块体理论与数值模拟结合应用于块裂岩质边坡稳定性分析

由于结构面的存在,块裂岩质边坡的完整性遭到破坏,并且岩体的力学性质和应力分布也直接受到影响,因此块裂岩质边坡稳定性分析十分复杂。块体理论是近年来发展和完善的一种适合于岩体稳定性分析的较行之有效的分析方法。但块体理论不能充分反映岩体结构面间的相互作用,而数值分析模拟具有可充分考虑岩体结构面间的相互作用的特点。应用块体理论,判识可移动块体类型及失稳模式,在确定可移动块体的基础上,结合数值分析模拟,对边坡稳定性进行分析,并且揭示块裂岩质边坡的失稳机理,为块裂岩质边坡稳定性分析提供一条新途径。     

西藏甲玛铜多金属矿不稳定块体识别及分析

以西藏甲玛铜多金属矿的岩体为研究对象,通过对其岩体物理力学性质、构造、可能存在的破坏机理进行研究,利用稳定性分析软件Unwedge建立三维地质模型,分析结构面组合形式,确定由这些结构面切割而成的块体的空间位置,并计算出其安全系数。结果表明,除了集中在巷道的上部和边邦的块体可能会对围岩的整体稳定性产生影响外,其他岩石均具有很好的稳定性。     

多组结构面切割下水工隧洞关键块体可视化研究

为了搜索围岩在多组裂隙切割时形成的最大块体内关键块体,以某水工地下隧洞为例,基于地质资料分析,统计出裂隙产状、间距、内聚力等特征,根据块体理论,利用Matlab对岩体结构面进行三维网络模拟,实现了隧洞可动块体的显示、多组裂隙切割最大可动块体内最关键块体的显示,分析了滑动模式和安全系数,可满足工程的安全分析及可视化需求。     

块体理论分析峒室的稳定性

人们在实践中对岩体的稳定性形成了各具特色的分析方法,其中块体理论就是近年来发展和完善的一种适合于块裂岩体稳定性分析的行之有效的工程分析方法。本文利用块体理论分析某矿卷扬机峒室的稳定性。指出存在两个失稳关键块体中,可采用锚杆加固的措施。此外,提出了用于块体理论分析的计算机程序。     

基于竖向位移差的块系岩体超低摩擦效应理论分析

深部块系岩体在强冲击扰动下其相对压紧程度会随时间变化,引起超低摩擦效应,而块体间竖向位移差是表征块体间相对压紧程度的直观指标。以块系岩体为研究对象,建立了考虑上覆岩层压力的岩体动力模型,推导得出垂直冲击作用下新的块体间竖向位移差公式并与试验结果进行了对比,验证了理论公式的正确性。最后分析了块体间阻尼、块体质量、垂直冲击幅值和频率等影响因素对相邻两块体间竖向位移差影响规律并以其最小值变化判断超低摩擦效应发生难易程度。竖向位移差最小值越小,超低摩擦效应愈趋显著。研究表明:块体模型受垂直冲击扰动作用时,块体在时间尺度上依次发生强迫振动和自由振动,而其运动过程按竖向位移差变化可分为超强挤压、强挤压、弱挤压和相互脱离4个阶段,相互脱离阶段和弱挤压阶段是超低摩擦效应易发阶段;块体质量、结构面阻尼变化对竖向位移差幅值及周期有明显影响,块体间竖向位移差最小值随块体质量增加以对数规律递增、随块体间结构面阻尼增加以线性规律递增;块体质量和结构面阻尼越小,超低摩擦效应更易发生。垂直冲击频率和幅值亦对块体间竖向位移差影响显著,竖向位移差最小值随垂直冲击载荷幅值增加而线性递减,随垂直冲击频率增加以对数规律递增,即低频、强冲击扰动更易诱发超低摩擦型冲击地压。     

节理岩体边坡关键块体的失稳概率研究

岩体边坡的破坏一般是由于关键块体的失稳产生的连锁反应而导致的整体失效,因此关键块体是影响边坡稳定性的核心因素。采用块体的失稳概率对关键块体的稳定性进行了评价,失稳概率与2个参数有关:节理交切概率和裂隙锥的不稳定参数,并利用岩体结构面的连通率对节理交切概率进行了修正,修正后的节理交切概率更能反映结构面的尺寸和不连续性。结果表明,用失稳概率评价关键块体的破坏可能性,可以为岩体边坡的支护设计提供依据。     

岩石模糊强度理论及其应用

岩石强度是岩体工程设计的基本依据。它不仅与确定的因素有关，而且在很大程度上呈现出随机性和模糊性。这种双重非确定性使得岩石强度的准确描述十分困难。为了研究其随机性，基于薄弱环节理论的岩石统计强度得到了发展。岩石工程实践表明，一般情况下岩石破坏并非突变现象，而是一个渐进破坏过程，因而岩石破坏的准确描述应当采用模糊集。本文将模糊随机过程引入岩石断裂破坏研究，认为在复杂受力环境下岩体受损至破坏的演化服从扩散过程，进而导出了岩石模糊强度的表达式，并设计了计算程序。通过对某矿山矿柱强度分析，证实了模糊强度理论在这一领域中应用的合理性。     

锚网支护参数优化研究

在介绍块体理论及程序的基础上,以铜坑矿92号矿体4个裂隙岩体试验区巷道为例,充分利用一般块体理论General Block程序和关键块体理论Unwedge程序快速确定1~#、2~#、3~#和4~#四个试验区内巷道的最优锚网支护参数。研究成果可为其它地下工程复杂裂隙岩体的锚网支护提供参考。     

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。     

基于PMC模型的破坏模式转化型强度准则

进入深部后,受高应力、强扰动影响,岩石岩体中拉断、剪切及压密屈服等破坏模式共生的现象凸显,深部岩石表现出明显地非线性行为,岩石破坏在多种破坏机制中转化。深部岩体强度理论需考虑中间主应力的影响,本文基于Paul-Mohr-Coulomb(PMC)准则,考虑多孔岩石破坏模式间的转化和高围压下裂隙坍塌的特征,提出了在高围压应力情况下,表征压剪屈服的Back-Paul-Mohr-Coulomb(BPMC)模型;推导了BPMC模型摩擦角包络线的表示方法,根据分段线性原则,在p-q平面中获得12边形BPMC线性破坏准则;基于应力不变量在p-q平面的转换关系,利用最小二乘法拟合获得了模型的特征参数。为了验证PMCBPMC准则及对应破坏模式转化理论的合理性,本文拟合了PMCBPMC模型,将拟合破坏面与试验数据进行对比;选用四川黄砂岩和金川大理岩,进行多组室内三轴压缩试验,研究不同围压下岩石破坏特征和强度特征,实验采用自主研发的便携式自密封岩石三轴试验高压舱加压系统。对试验数据进行拟合,获得的破坏包络线与实验数据拟合度较好;四川黄砂岩在围压达到90 MPa后出现剪应力峰值拐点,产生了孔隙坍塌型破坏,为压屈服破坏。结果表明:PMCBPMC模型能预测孔隙岩石的帽子屈服面,拟合岩石破坏模式从剪切破坏到压剪破坏的过渡,可预测不同围压下的破坏强度及对应破坏模式。     

岩石损伤统计本构模型及其参数确定的研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,建立了完整模拟岩石破裂全过程的损伤统计本构模型。在所建立的损伤统计本构模型的基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度。基于取自某边坡工程的砂岩所进行的三轴压缩试验实测结果,对所建立的岩石损伤统计本构模型进行了验证,验证了所建的模型是合理的。     

基于三轴实验的软破岩石破坏准则的研究

随着开采深度的进一步增加，软破岩工程变得越来越突出。本文在分析软破岩石特点的基础上，提出了依据软破岩石三轴试验，而建立其破坏准则，为对软破岩的进一步深入研究提供了条件，同时为岩石强度的研究开辟了一条实用途径。     

声发射率和能率在岩石失稳破坏预测中的应用

岩石声发射率和能率是反映岩石破坏的重要参数,但是,目前利用岩石声发射参数进行岩石失稳破坏预测的研究大多采用声发射率而较少利用声发射能率。为此,采用某矿石灰岩的单轴压缩试验声发射活动参数,首先对岩石破坏前声发射率和能率的突增现象进行了描述,并对声发射率和能率的关系进行了研究,发现声发射率和能率有较好的一致性。然后,运用突变理论对上述声发射率和能率建立了岩石失稳破坏的突变预测模型,通过这2种参数的突变判定法则对比分析,结果表明,声发射率和能率的突变模型都能较好地预测岩石失稳破坏。     

子波变换在围岩非稳态破坏信号分析中的应用

阐述了围岩非稳态破坏的声发射监测的特征及子波变换的信号分析技术，尝试将子波变换技术应用在采空区动力学破坏监测的非稳态信号分析中，给出了具体的分析过程与步骤，最终结合统计力学的理论，对采空区围岩非稳态破坏位置进行了统计推断以及对断裂位置正确定位，取得了很好的效果。从而证实这种信息挖掘方法，将会与岩石的变形破裂机制密切联系起来，从本质上给围岩破裂机制和非稳态损伤与破坏提出更为有效的分析新方法。     

用岩体强度的变异系数求岩土边坡的破坏概率

本文根据误差理论,提出在岩体强度试验参数不足统计量的情况下,借用岩体强度测试的变异系数求算岩土边坡的破坏概率,并示出工程实例。     

基于逾渗机理的含瓦斯煤体变形破坏机制及试验研究

针对含瓦斯煤岩在高应力环境下易发生松散破坏的问题,考虑煤体的多孔介质特征,研究了含瓦斯煤岩受应力扰动影响下的变形破坏规律。首先,基于逾渗理论提出了含瓦斯煤体的逾渗破坏概念,它的实质是含瓦斯煤岩发生逾渗行为后导致瓦斯突出使煤体失稳破坏过程中发生的一种动力破坏现象。然后通过理论分析了逾渗破坏分布区域并给出了逾渗破坏概率P_∞的计算公式,推导出了含瓦斯煤体的Biot型本构方程,表明含瓦斯煤体孔隙率与渗透系数和有效应力密切相关。结合含瓦斯煤体本构方程并在逾渗破坏区进行了应用,得到了逾渗破坏区半径R_p的计算公式。最后,对拟制备的含气类岩石试件进行了三轴压缩试验,试验结果表明:随着试件孔隙、裂隙增多,弹性模量和脆-延性破坏临界拐点应力值随之减小;同时,黏聚力和内摩擦角值随试件内部气体孔隙增加均不同程度的降低,导致逾渗破坏区半径增大,并且其影响程度会随内摩擦角和黏聚力的减小而增强。随着应力增加,试件内部孔隙、裂隙逐渐贯通,最终呈松散破坏即逾渗破坏。