脆性岩石细观损伤分析与临界破坏行为

利用逾渗和重整化群理论初步分析了脆性岩石的临界损伤破坏行为 ,指示性地得出了岩石的临界破坏概率。     

煤层底板破坏机理分析及最大破坏深度计算

为进一步认识底板破坏机理,运用半无限体理论计算了致使底板临界破坏的应力及位置,结合塑性力学的滑移线场理论推导出底板最大破坏深度计算公式,分析了底板最大破坏深度及其相关影响因素的关系,并通过算例分析说明了计算公式的合理性。结果表明:在煤壁塑性区范围一定的情况下,底板最大破坏深度随着底板岩石内摩擦角的增大而增大,随着底板岩石黏聚力的增大而减小。底板最大破坏深度不仅与采场端部煤体塑性区范围有关,而且随着工作面超前支承压力峰值的增大而增大。     

基于Weibull分布的巷道围岩开挖损伤分析

首先,在假定微元强度服从双参数Weibull分布的基础上,分析了围岩微元破坏概率和临界破坏概率,依据围岩完整程度不同,分析了巷道开挖后的围岩损伤;随后,运用岩石破裂过程分析软件RFPA,分别对不同均质度的巷道围岩开挖损伤进行了数值模拟分析。结果表明,伴随围岩均质度增加即围岩完整程度增加,围岩起始损伤延后,临界破坏概率越来越小;在围岩微元所受载荷达到其统计平均抗压强度前,围岩的均质度越低其巷道开挖后的围岩损伤值越大;在微元所受载荷达到统计平均抗压强度后,围岩均质度越高其巷道开挖后的围岩损伤值越大,其巷道开挖后的危险率越高,且往往具有突发性;巷道开挖后的围岩损伤破坏程度与围岩完整程度和抗压强度关系密切;分析结果与模拟结果是一致的。     

大型综放工作面沿空巷道窄煤柱合理宽度确定

沿空巷道煤柱破坏失稳是典型的不连续现象。在煤柱系统力学简化模型基础上,应用突变理论方法得出了煤柱系统的尖点突变模型,进而推出了煤柱失稳破坏的临界宽度理论公式。研究结果表明:煤柱临界宽度与埋深、煤柱高度、巷道宽度、应力集中系数、侧压系数、煤层界面内摩擦角和黏聚力及煤帮支护阻力等因素密切相关。在煤柱临界失稳宽度的基础上,引入安全系数来确定窄煤柱的合理宽度。最后,经过工程实例应用,验证了该研究手段的可行性。     

深部开采突水机制的细观分析和临界破坏行为

深部开采中高岩溶水压极易造成围岩突水,而突水通道主要是由一系列的小破裂发展演化而成,因为小破裂的积累形成大的破裂,从而演化到突变.本文分别在二维和三维情况下利用重整化群方法分析已破裂单元对未破裂单元的应力转移,计算原胞的临界破坏概率、关联指数和分形维数.同时对岩层突水的临界特性进行研究,由临界破坏特征和裂缝密度与损伤变量的关系,并考虑加载和岩石初始损伤的影响,得到在静态损伤力学网络下的岩石突水破裂损伤演变方程.     

矿用富水充填材料的蠕变特性及损伤演化

为探讨富水充填材料稳定性与时间的关系及其在荷载作用下的失稳破坏特征与损伤发展规律,文中制备了一定水固比的富水充填材料,通过蠕变试验对不同应力水平下富水充填材料的蠕变性能进行测试,研究蠕变过程中应变速率衰减、稳定及加速3个蠕变阶段应变随时间的变化特征,提出充填体失稳的临界荷载。根据蠕变试验数据,引入损伤变量,建立符合富水充填材料的蠕变损伤模型,推导出应力、应变、时间及损伤因子等力学参量之间的相关关系。结果表明:水固比2.0的富水充填材料失稳破坏的临界荷载为其强度的90%;改进后的Burgers模型,综合考虑了蠕变参数受时间和应力水平的影响,反映了参数随时间弱化的现象,拟合后发现该模型可以描述富水充填材料失稳破坏前的损伤劣化规律。     

煤岩体在动载下的动态损伤数值模拟

基于LS-DYNA有限元分析软件的HJC本构模型,对煤柱单轴动载实验进行数值模拟,再现煤柱动态损伤过程。结果表明:应变率相同时,煤柱受动载荷越大,破坏越严重;煤柱开始破裂时所受应力2 MPa,破裂过程中所受应力0.5 MPa;应变率相同时,煤柱的临界破坏能量相同;煤柱的能量吸收及应力变化不与动载荷成正比。     

圆形巷道围岩扰动区及其临界破坏深度的确定

地下工程开挖的扰动区和围岩的临界破坏深度是与稳定性分析和支护设计紧密相关的问题,应用塑性力学折线理论所得应力场新成果对圆形巷道的扰动区和围岩的临界破坏深度进行了研究。一般认为扰动区的大小是井巷或采场最大直线尺寸的3~5倍,但分析表明扰动区范围与外载的大小与作用形式、泊松比和埋深有关,有时会远远超出这个范围。在围岩临界破坏深度的确定中,导出了各向同性均质地层中圆形巷道的临界破坏深度公式,结果表明临界破坏深度与地层强度峰值的黏聚力、内摩擦角、容重和泊松比相关。研究成果可为圆形巷道的稳定性评价及支护设计提供依据。     

承压含水层上部工作面底板临界厚度研究

受回采工作面采动影响,位于承压含水层上部的回采工作面底板产生破坏,完整岩层厚度减小,阻水能力降低,底板突水可能性增加.运用塑性理论和矩形薄板理论得出了底板最大破坏深度以及完整岩层带厚度计算公式的数学表达式,并根据东庞煤矿9103回采工作面的基本条件,试算了底板临界厚度,并与实测数据进行了对比分析,结果表明计算得出的破坏深度与实测值基本吻合.     

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。     

采动覆岩力学模型及断裂破坏条件分析

根据覆岩破坏的机理建立了采动覆岩初次断裂前,后的力学模型,并根据此力学模型,运用梁曲变形理论分析了采动覆岩断裂破坏的条件,在考虑上覆岩层的岩性,厚度,埋深等因素的基础上,建立了上覆岩层断裂时临界开采长度的计算模型,并以此模型进行了实例计算分析。     

深部开采煤岩体的软化临界深度研究

基于岩石与巷道围岩的破坏特征分析,提出研究围岩的破坏特征必须考虑围岩的弱面（地下水的作用等）特征,而不能将岩石的破坏特征直接取代围岩的破坏特征,采用相似模拟和数值模拟分析了不同力学特性围岩的软化临界荷载,得到了不同围岩在不同开采深度条件下的软化临界埋深值,研究结果表明:基本顶的软化临界深度在陈四楼煤矿的开采深度范围内没有出现,基本顶在这个开采深度范围内处于稳定性状态;直接顶的软化临界深度为800 m;煤层的软化临界深度小于500 m;直接底的软化临界深度大于1 000 m;基本底与基本顶的情况相同,在陈四楼煤矿的开采深度范围内不会出现临界软化状态,基本底围岩在这个开采深度范围内是稳定的。     

煤层底板导升突水机理研究

为了进一步认识底板突水破坏机理,将底板隔水层简化为弹性梁,在考虑承压水作用的情况下,运用材料力学理论计算得出采场隔水层底界面由压缩区向卸压膨胀区过渡的岩体最易发生损伤破坏。在此基础上,运用损伤力学理论分析给出了临界损伤变量Dc。运用断裂力学理论建立断裂力学模型,并给出采场隔水层承压水导升裂纹端部应力集中系数的计算公式。最后,从损伤断裂能量角度对裂纹扩展进行了分析,通过简化参数,建立了形成初始宏观裂纹损伤断裂能量释放率计算公式,并分析了初始裂纹损伤断裂能量释放率与其各影响参数的关系,可为底板突水预测预报研究提供理论依据。     

不同损伤程度花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学特性

为研究不同初始损伤下花岗岩的动态特性,通过理论分析定义了岩石损伤程度计算,利用霍普金森杆设备分别对损伤程度为13%、21%、28%、37%、40%、49%岩样进行临界气压冲击试验研究。试验结果表明:变形模量较好反应了岩样的损伤程度,岩样损伤程度随变形模量的减小在增大,其抗冲能力在减弱;不同损伤程度岩样在冲击荷载作用下,随损伤程度增大,峰值应力逐渐减小,而动态峰值应变、破坏应变和应变率有递增趋势;不同损伤程度试样破坏模式有明显的不同,岩样破坏块度随损伤程度的增加更趋于破碎。     

煤矿冲击地压发生理论公式

冲击地压是煤矿最严重的动力灾害之一,研究冲击地压发生机理的理论公式是实现冲击地压定量防治的第一前提。针对目前尚未有直接明了的冲击地压发生理论公式的现状,通过建立与地应力、煤岩物性、支护强度和工程结构参数直接相联系的巷道冲击地压发生力学分析模型,得到了一套冲击地压发生的理论公式。首先,系统探究了冲击地压解析分析所涉及的几何模型、边界条件、煤岩体变形破坏本构关系和冲击地压发生的力学判据;其次,结合煤岩体变形破坏的"双线性"本构关系和"三线性"本构关系,分别建立了巷道"弹性区、塑性软化区"2分区结构模型与"弹性区、塑性软化区、破碎区"3分区结构模型,对巷道围岩展开应力分析,得到了巷道平衡系统方程;最后,由系统方程与冲击地压发生力学判据,得到了冲击地压发生的临界载荷、临界破碎区半径与临界软化区半径指标及其理论计算公式。采用理论公式定量解答了冲击倾向性与冲击危险性的理论关系、矿井冲击地压发生临界开采深度的理论界定和支护在冲击地压启动过程中的作用及支护安全系数设计方法等科学问题,并对我国近30座冲击地压矿井的冲击启动临界载荷、临界开采深度和支护防冲安全能力进行了计算或验算。研究结果表明,临界载荷、冲击能指数和单轴抗压强度3个指标参量间具有明确的理论关系;表征冲击倾向性的理论指标为冲击能指数和单轴抗压强度,表征冲击危险性的理论指标为实际应力与临界载荷比值;基于冲击地压发生的临界载荷,可以得到矿井冲击地压发生临界开采深度的理论确定方法;支护强度的提高能够有效提升冲击地压发生的临界载荷。研究成果旨在继承并突破现有定性或统计定量的冲击地压理论,为实现煤矿冲击地压机理及应用的定量化研究奠定基础。     

不同加载路径含瓦斯煤岩损伤演化分析

:受载含瓦斯煤岩从屈服变形到失稳破坏后的损伤演化规律与加载应力路径有关,并对煤与瓦斯突出的发生有着一定影响.依据能量守恒理论,分析推导了含瓦斯煤岩从加载到失稳破坏全过程的损伤因子表达式,对常规三轴加载和分段变速加载应力路径下含瓦斯煤岩在全应力应变过程中的损伤因子演化规律进行了计算分析.结果表明:不同加载应力路径下,线弹性阶段受载含瓦斯煤岩的损伤因子等于０,塑性变形阶段损伤因子开始快速增加,应力跌落阶段煤岩损伤因子急剧增长,进入残余强度阶段后,煤岩损伤因子增长率大幅减缓.瓦斯压力增大对煤岩的损伤发育有促进作用,围压增大对煤岩的损伤发育有抑制作用.与常规三轴加载相比,分段变速加载条件下含瓦斯煤岩失稳破坏瞬间的临界损伤因子及进入残余强度时的损伤因子整体上更大.     

龙口水利枢纽厂房坝段深层抗滑稳定分析

采用二维有限差分程序对龙口水利枢纽混凝土重力坝厂房坝段进行深层抗滑稳定分析，采用强度折减方法，根据特征点位移突变临界破坏判据和止水帷幕部位夹层错动量达到1mm临界破坏判据分别得出了厂房坝段的两个深层抗滑稳定安全系数。分析结果认为采用夹层错动量达到1mm作为强度折减法临界破坏判据更适合该工程。厂房坝段基本组合深层抗滑稳定安全系数偏小，应采取一些加固措施。     

龙口水利枢纽厂房坝段深层抗滑稳定分析

采用二维有限差分程序对龙口水利枢纽混凝土重力坝厂房坝段进行深层抗滑稳定分析,采用强度折减方法,根据特征点位移突变临界破坏判据和止水帷幕部位夹层错动量达到1mm临界破坏判据分别得出了厂房坝段的两个深层抗滑稳定安全系数。分析结果认为采用夹层错动量达到1mm作为强度折减法临界破坏判据更适合该工程。厂房坝段基本组合深层抗滑稳定安全系数偏小,应采取一些加固措施。     

基于采动和承压水作用下断层突水关键路径的力学分析

 断层突水是煤矿典型的动力灾害,是煤岩体在采动和承压水共同作用下失稳破坏过程。论文针对导水断层缩短了煤层和含水层距离特点,建立了断层突水的关键路径力学模型。将极限平衡理论和尖点突变理论引入断层突水分析,建立了承压水及采动影响下断层突水关键部位失稳破坏模型,获得了断层突水的力学判据,以及防突煤柱预留临界宽度。同时分析了断层参数、煤柱参数对突水条件的影响规律     

基于CT图像的土石混合体破裂-损伤的三维识别与分析

土石混合体是一种特殊的非连续非均匀地质材料,传统的岩土力学试验方法与分析理论难以直接用于分析其变形破坏行为。发展了一种基于CT扫描和图像处理技术的内部破裂与损伤的三维识别方法,利用自行开发的裂纹识别提取程序提取和分析了单轴压缩下不同含石率土石混合体变形破坏时的内部细观结构变化特征,建立了土石混合体破裂-损伤的三维重构模型,定量地分析了单轴压缩条件下土石混合体的内部损伤演化规律以及含石量的影响和作用。研究表明:该方法可以直观定量地表征土石混合体变形破坏的内部损伤特征与演化规律。石块对土石混合体损伤发展的影响与含石量密切相关,存在一个临界含石率。