矩形和直墙拱断面围岩巷道破坏的数值模拟研究

通过对岩石破坏特性和机理的分析,得出岩石破坏的剪切强度与参数的数学关系。在此基础上建立围岩巷道的数值模型,模拟围岩巷道在矩形和直墙拱等断面条件下的破坏过程,得出巷道在不同侧压系数条件下的围岩破坏特征。结果表明:同一断面形状,当侧压系数较小时,破坏裂纹首先出现在两帮,随着荷载的增大,破坏裂纹由底部向顶部转移;另外基于矩形和直墙拱形断面巷道的数值模拟,得出了围岩巷道的破坏是一个渐进的过程,并伴随应力场而不断转移,且在相同侧压系数和外荷载条件下,矩形巷道破坏较为严重。分析矩形巷道和直墙拱巷道变形破坏过程,为合理寻求巷道设计和支护方法提供依据。     

基于统一强度理论和稳定蠕变准则的软岩巷道最优支护

巷道最优支护可以实现新奥法安全经济的最佳支护状态,本文根据软岩流变控制原则和统一强度理论,合理考虑中间主应力与强度准则选取的影响,推导两种稳定蠕变准则下巷道最优支护力和围岩允许最大位移的理论解答,给出公式适用条件、应用步骤,并进行两个工程实例验证,分析中间主应力、岩石长期强度以及围岩抗剪强度参数等对巷道最优支护力与围岩允许最大位移的影响规律。研究结果表明：本文理论解答可退化为文献已有结果,具有较好的可比性;所得公式表达简洁、参数易于确定,具有良好的工程应用前景;两种稳定蠕变准则的巷道最优支护参数的变化规律一致且整体差异较小,但应力偏张量第三不变量准则相应解答的适用范围更广;中间主应力效应和强度准则选取对巷道最优支护参数的影响显著,Mohr-Coulomb准则的结果过于保守,难以发挥围岩的强度潜力;岩石长期强度是巷道最优支护设计的关键参数,围岩黏聚力相比内摩擦角对巷道最优支护参数的影响更为明显,应充分考虑岩石强度参数的变异性。所得结果可为软岩巷道的最优支护设计与施工提供理论指导和建议。     

软弱围岩巷道变形机理及返修控制技术

为研究软弱围岩巷道返修控制技术,以湖北黑良山磷矿胶带斜井为研究对象,借助钻孔窥视仪、X衍射仪、室内岩石物理力学试验及工程地质调查手段对巷道围岩的破坏特征和变形机理进行分析.巷道的变形机理主要表现为:低岩体强度、含泥矿物成分高、地下水及原支护形式不匹配.在此基础上,提出了以"喷射混凝土+壁后注浆+锚杆+锚索"为核心的双拱协同全断面加固返修方案,并采用现场试验、工程类比法及理论计算对支护参数进行校核.现场围岩位移监测结果表明:巷道返修后,围岩的变形分为不稳定、较稳定和稳定3个阶段,返修64d后,围岩变形趋于稳定,巷道变形得到有效控制,返修效果较好.     

复杂、富水地质条件下硐室与巷道支护技术研究

为解决白象山铁矿复杂、富水地质条件下硐室和巷道支护问题,我们开展了岩石物理力学性质试验、综合物探地质超前预报工作,并依据其揭示的工程与水文地质条件对硐室和巷道围岩进行了分级,研究制定并实施了硐室和巷道支护方案。     

矿岩接触带巷道失稳分析及控制方法研究

矿岩接触带往往是巷道的薄弱区域,根据矿岩接触带变形破坏特征,并结合其特殊围岩情况,分析了矿岩接触带巷道薄弱区域的围岩稳定性.同时,将巷道围岩中的矿石和岩石的物理力学参数划分开,结合现场变形监测数据和矿岩物理力学参数,采用数值模拟进一步对矿岩接触带巷道支护前后的应力应变分布做了研究,探索失稳机理,研究发现矿岩接触带一般沿接触带层位发生剪切破坏且不与巷道中心线对称.根据上述研究,分别从塑性区拉伸破坏体积、剪切破坏体积和总体积分析对比分析锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷联合支护的应用效果,最后提出了针对矿岩接触带巷道的分区支护方法 .     

基于围岩松动圈测试的软岩巷道支护技术研究

为解决某铅锌矿795坑600中段南部阶段运输巷道的支护难题,在现场岩体结构调查、室内岩石力学试验的基础上,进行了现场巷道围岩松动圈实测,分析了巷道围岩松动圈范围.基于松动圈测试成果,提出了锚网喷支护方案.通过FLAC3D数值模拟软件对支护方案及支护参数进行了优化.通过现场工业试验对该技术方案的支护效果进行了验证,结果表明,该支护形式可有效控制松散破碎软岩巷道的变形破坏,确保巷道的长期稳定和安全使用.     

骑跨采动压巷道围岩稳定性数值模拟

针对巷道围岩遇水膨胀软化、岩石流变特性显著及长期受采动支撑压力作用的特点,应用FLAC数值软件分析骑跨采动压巷道在不同垂距及水平距离下巷道围岩的稳定性,并研究巷道围岩应力场、变形场及塑性区的变化特征.研究结果表明：巷道围岩变形表现为以底鼓变形最大,两帮变形次之,顶板变形量相对较小的特点;受支撑压力的影响,巷道围岩的应力、变形及塑性区分布呈现明显的不对称性;随着垂距及水平距离的增加,巷道围岩应力及变形呈现出不同程度的减小趋势.     

软岩巷道围岩非线性流变数学力学模型

基于大量的岩块流变试验，从岩石长期强度的衰减特征和岩石的应变能守恒原则出发，建立了非弹塑黏性元件组合模型的软岩(煤)非线性流变数学力学模型．在此基础上，进一步建立了软岩(煤层)巷道围岩非线性流变数学力学模型，并采用实验室三轴巷道围岩流变试验对该模型的有效性进行了验证．应用该模型计算的煤层巷道围岩受掘进影响期间的深部位移与现场实测结果非常吻合．     

围岩与隔热结构热学参数对巷道温度场影响的正交数值模拟

为研究高温巷道围岩-隔热支护体系热学参数对温度场的影响,建立25组数值试验模拟巷道温度场,选定衬砌热导率、衬砌厚度、原岩热导率、原岩温度为影响因素,以巷道壁面温度、调热圈半径、壁面与原岩温度差为目标因子,进行正交试验分析,得到各因素对壁面温度、调热圈半径影响顺序为原岩热导率>原岩温度>衬砌厚度>衬砌热导率;对壁面与原岩温度差影响顺序为衬砌热导率>原岩温度>原岩热导率>衬砌厚度。最后,拟合出壁面温度、调热圈半径的热学参数公式,拟合程度较高。结果表明：采用低热导率的隔热喷层能够延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩温度场的扰动,但围岩自身热物理属性对巷道温度场起决定性作用。研究对主动隔热巷道温度场分布,合理安排隔热支护有一定积极意义。     

深埋巷道底臌及防治的蠕变模拟试验和数值分析

通过蠕变模拟试验和数值方法的对比分析有现代化研究了巷道底臌机理以及采取底板加固和底析切缝防治方法后，巷道围岩变形、破坏等随时间的变化，并探讨了防治参数对底臌的影响。     

岩石中声波衰减特性的理论与实验研究

本文从岩石试件在单轴压应力作用下的声波衰减现象出发,运用损耗介质的本构方程及粒子应力场理论,结合对含有裂隙岩石的有效弹性刚度系数的能量分折,建立了岩石介质中声波衰减特性与单轴压应力间的理论函数关系,即对较均质、致密的岩石,声波衰减系数比可近似地表示成应力的二次多项式关系。同时,声波衰减系数还与岩石的孔隙率、裂隙谱、弹性模量和泊松比等有关。最后,由实验数据证明本文所建立的声波在岩石中的衰减特性理论是合理的。     

基于声波速度及岩块强度的开挖扰动区岩体力学参数预测

针对目前在水利水电工程中开挖扰动区的岩体力学参数取值问题,将岩体的声波速度与岩体质量指数Q、岩体分类指数RMR及地质强度指标GSI联系起来,并将声波速度引入到广义Hoek-Brown强度准则中,建立了由岩体声波速度及岩块单轴抗压强度预测开挖扰动区岩体的变形及强度参数的方法.利用三峡工程永久船闸边坡开挖扰动区的检测参数,结果表明,基于Hoek-Brown准则由声波速度及岩块强度预测的岩体变形模量与实测结果基本吻合,本方法可预测开挖扰动区的岩体力学参数.     

基于测井和压裂资料的储层三向地应力求取方法

利用相关测井资料计算储层岩石的动态力学参数,并通过室内岩石力学三轴实验将动态的岩石力学参数转化为水力压裂工程可用的岩石力学静态参数,提出储层三向地应力剖面的计算方法.以义H井为例,计算连续的岩石静态力学参数和地应力剖面.     

Response and energy dissipation of rock under stochastic stress waves

The response and energy dissipation of rock under stochastic stress waves were analyzed based on dynamic fracture criterion of brittle materials integrating with Fourier transform methods of spectral analysis. When the stochastic stress waves transmit through rocks, the frequency and energy ratio of harmonic components were calculated by analytical and discrete analysis methods. The stress waves in shale, malmstone and liparite were taken as examples to illustrate the proposed analysis methods. The results show the harder the rock, the less absorption of energy, the more the useless elastic waves transmitting through rock, and the narrower the cutoff frequency to fracture rock. When the whole stress energy doubles either by doubling the duration time or by increasing the amplitude of stress wave, ratio of the energy of elastic waves transmitting through rock to the whole stress energy (i.e. energy dissipation ratio) is decreased to 10%-15%. When doubling the duration time, the cutoff frequency to fracture rock remains constant. However, with the increase of the amplitude of stress wave, the cutoff frequency increases accordingly.     

Vibration Effect and Damage Evolution Characteristics of Tunnel Surrounding Rock Under Cyclic Blasting Loading

Model test studies based on the similarity theory were conducted to investigate vibration effect and damage evolution characteristics of tunnel surrounding rock under push-type cyclic blasting excavation. The model was constructed with a ratio of 1:15. By simulating the tunnel excavation of push-type cyclic blasting, the influence of the blasting parameter change on vibration effect was explored. The damage degree of tunnel surrounding rock was evaluated by the change of the acoustic wave velocity at the same measuring point after blasting. The relationship between the damage evolution of surrounding rock and blasting times was established. The research results show that:① In the same geological environment, the number of delay initiation is larger, the main vibration frequency of blasting seismic wave is higher, and the attenuation of high frequency signal in the rock and soil is faster. The influence of number of delay initiation on blasting vibration effect cannot be ignored; ② Under push-type cyclic blasting excavation, there were great differences in the decreasing rates of acoustic wave velocity of the measuring points which have the same distance to the blasting region at the same depth, and the blasting damage ranges of surrounding rock were typically anisotropic at both depth and breadth; ③ When blasting parameters were basically kept as the same, the growth trend of the cumulative acoustic wave velocity decreasing rate at the measuring point was nonlinear under different cycle blasting excavations; ④ There were nonlinear evolution characteristics between the blasting cumulative damage (D) of surrounding rock and blasting times (n) under push-type cyclic blasting loading, and different measuring points had corresponding blasting cumulative damage propagation models, respectively. The closer the measuring point was away from the explosion source, the faster the cumulative damage extension. Blasting cumulative damage effect of surrounding rock had typically nonlinear evolution properties and anisotropic characteristics.     

弯曲射线CT技术探测岩石破裂区域试验研究

在单向弹性约束下,对室内岩样加载至其单轴抗压强度的1/2和2/3应力水平后卸载,其内部形成了破裂区.使用SYC-3B型声波仪和高频传感器,应用完全投影方式采集了卸载后岩样弹性波走时数据,对此数据应用弯曲射线CT技术进行了反演,反演结果清晰地显示了破裂区分布规律,这表明弯曲射线CT技术探测岩样破裂区分布是可行的.     

高地应力水平对爆破开挖损伤区声波检测及损伤程度评价的影响

随着地下工程埋深的不断增加,深部岩体工程中围岩开挖损伤区深度及程度的准确评价逐渐受到深部高地应力场的影响,其影响程度的合理评估成为研究重点。依托某水电站深埋引水隧洞开挖工程,采用应力逐步解除方案,通过在取样区域外围钻设形成环形封闭边界的常规取样孔,逐步解除取样区域内岩体应力,并在取样区域内进行钻孔与低应力取芯,继而利用声波检测装置对外围应力解除孔和内部取芯孔周边岩体的损伤程度进行检测,以此获得相同位置岩体在不同地应力条件下的损伤区深度及程度的声波检测结果。同时,结合内、外取芯孔获取的不同应力水平下的岩芯,开展室内试验,基于Hoek-Brown强度经验公式,利用声波波速计算得到相同位置岩体在不同地应力条件下的岩体单轴抗压强度,从而判断不同地应力条件对爆破开挖损伤区声波检测结果及损伤程度评价的影响。研究表明：高应力条件下,常规取样与声波检测法会在一定程度上低估围岩的损伤区深度和损伤程度,同时严重高估岩体单轴抗压强度。当初始应力水平为45 MPa时,围岩损伤区深度和损伤程度大约会被低估约10%～30%;当地应力水平由45 MPa降至30 MPa时,岩体的单轴抗压强度会被严重高估约30%～100%。因此,高地应力水平对爆破开挖围岩损伤区声波检测与评价结果存在明显影响,工程中运用波速指标评价岩体质量必须考虑地应力水平对声波检测的影响,并进行适当修正。     

地下厂房岩锚梁爆破参数优化设计与效果

选择具有代表性的实际光面爆破设计参数为样本，确定炸药类型、岩体裂隙发育程度、孔径、孔深、线装药密度、最小抵抗线、间距为影响岩锚梁爆破开挖效果的主要因素，利用神经网络强大的非线性映射能力，建立岩锚梁爆破参数优化模型，进行岩锚梁爆破参数优化设计。在相似地段进行保护层和岩台修面爆破试验，得出现场试验爆破参数，结果表明优化设计值与现场试验值吻合较好。对试验保护层和岩台修面爆破进行声波检测也表明其爆破质量最好，爆破松动圈范围最小。     

Implications for rock instability precursors and principal stress direction from rock acoustic experiments

The characteristics of rock instability precursors and the principal stress direction are very crucial for the prevention of geological disasters. This study investigated the qualitative relationship between rock instability precursors and principal stress direction through wave velocity in rock acoustic emission(AE) experiments. Results show that the wave velocity variation exhibits obvious anisotropic characteristics in 0%–20% and 60%–90% of peak strength due to the differences of stress-induced microcrack types.The amplitude of wave velocity variation is related to the azimuth and position of wave propagation path,which indicates that the principal stress direction can be identified by the anisotropic characteristics of wave velocity variations. Furthermore, the experiments also demonstrate that the AE event rate and wave velocity show quiet and stable variations in the elastic stage of rock samples, while they present a trend of active and unstable variations in the plastic stage. It implies that both the AE event rate and wave velocity are effective monitoring parameters for rock instability. The anisotropic characteristics of the wave velocity variation and AE event rate are beneficial complements for identifying the rock instability precursors and determining the principal stress direction, which provides a new analysis method for stability monitoring in practical rock engineering.     

米兰柯维奇旋回与高频波动周期的识别

运用频谱分析方法在塔里木盆地塔中地区志留系识别出米兰柯维奇旋回 .对米氏旋回进行波动分析表明 ,高频率的 5Ma周期波波动特征能够有效地解释生、储、盖演化 .周期波表现为峰峰叠加 ,为储层发育期 ;周期波表现为谷谷叠加时 ,为盖层发育期 .高频波由波峰→波谷过渡的特征 ,刚好对应层序地层学的海进体系域→高位体系域的变化 .