基于二维数字图像相关技术的块系花岗岩超低摩擦效应实验研究

基于国内外超低摩擦效应的实验研究现状,设计了块系花岗岩超低摩擦效应模拟实验。制作了中心含圆柱形洞室的花岗岩立方体模型试样,运用自主研发的实验设备研究了在静荷载的基础之上施加动态荷载后块系花岗岩的变化特征。实验过程中采用二维数字图像相关测试方法(2D-DIC),获得了试件表面的全场位移信息,依据位移信息求出块体加速度值,利用牛顿第二定律对试件受力分析,求得了块系岩体摩擦力随时间的变化曲线。结果表明:2D-DIC测试技术能够准确的测得石块的位移变化,依据位移变化可以证实伴随着水平向扰动荷载作用,洞口上方岩块左右两侧节理间隙逐步增大,岩块间的摩擦力降低,且摩擦力的变化周期与扰动荷载的周期相同;利用2D-DIC测试技术是有效的,从实验的角度验证了超低摩擦效应的存在。     

深部开采岩体超低摩擦效应实验研究

对岩体超低摩擦现象的国内外研究现状进行了综述,介绍了岩体中存在的超低摩擦效应,指出在深部开采条件下,岩体工程中的超低摩擦现象与冲击地压、矿震、地震等扰动密切相关.利用卧式双向伺服加载实验机进行了岩石试件超低摩擦效应的实验研究.结果表明:水平向微小扰动比垂直向扰动对岩石试样接触面应力降的影响更为明显,说明水平向扰动是引起岩体超低摩擦效应的主要因素.     

深部煤岩超低摩擦效应能量特征试验研究

高地应力和开采强扰动作用下,采场周围的岩体不断发生震动、变形和破坏,形成块系岩体。当深部煤岩积聚能量达到失稳临界值,块系岩体很容易在周围荷载作用下因动力扰动而能量突然释放,发生层间滑动,导致块系岩体发生超低摩擦滑动失稳,从而最终诱发新的冲击地压类型,即超低摩擦型冲击地压灾害,其本质是能量积聚和失稳释放过程。为揭示深部煤岩超低摩擦效应能量特征,以花岗岩和煤两种岩性的块系岩体为研究对象,采用试验研究方法,自主研发了超低摩擦效应试验装置,以轴压和围压模拟高地应力作用,以垂直振动和水平冲击模拟开采强扰动,进行了工作块体分别为完整岩块、破碎岩块和煤块的超低摩擦效应模拟试验。试验结果与已有研究结论进行对比,验证了试验方案的合理性和可行性。以工作块体水平位移的单位质量动能总量作为超低摩擦效应能量变化的特征参数,分析轴压、工作块体数量和岩性对工作块体水平位移单位质量动能时域和频域曲线影响,得到了开采深度、块体破碎程度和岩性与块体动能间关系规律。结果表明:发生超低摩擦效应时,工作块体动能具有集聚效应、短时峰值特性和间歇性。破碎程度和岩性是影响超低摩擦型冲击地压动能总量变化重要因素。试验再现了冲击地压由前...     

横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解

在采矿工程中遇到大量的层状岩体稳定性问题。对于层状岩体,在力学上可将其处理成横观各向同性体。根据横观各向同性弹性力学的平衡方程、物理方程和几何方程,推导了横观各向同性平面应变问题的相容方程;根据应力函数的复变函数表示,推导了横观各向同性平面应变问题中位移分量的复变函数表示;利用保角映射,推导了横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解。虽然在推导中假设巷道横断面平行于各向同性面,但位移解析解表明,围岩径向位移不仅与各向同性面上的弹性模量和泊松比有关,而且与垂直各向同性面方向的弹性模量和泊松比有关。     

基于图像处理的岩体块度分析系统

建立了岩体图像分割模型,基于计算机图像处理技术,在MATLAB环境下开发了适用可靠、简便高效的岩体块度分析系统,实现了岩体原始图像的获取、图像的分辨率推导、图像预处理、融合岩块的切割、岩块几何尺寸的计算以及块度分级曲线生成等过程的计算机处理。测试结果表明,系统具有较高的测试精度,满足实际应用要求,对爆破设计的优化具有重要意义。     

露天采场边坡岩体结构的力学效应分析(上)

以宣钢近北庄铁矿为例，根据露天采场边坡岩体结构特征，深入分析了岩体结构的力学效应，为对边坡进行岩体力学研究提供了依据。     

物化型软岩块体崩解特性差异的试验研究

通过对以高岭石和蒙脱石含量为主的2种软岩崩解特性的对比试验,运用分形几何理论分析了不同初始块度和循环崩解次数的2种软岩崩解颗粒的粒径分布特性,并就2种软岩的崩解特性差异进行了探讨.研究结果表明：随初始块度S和循环崩解次数n的增加,软岩的崩解性增强,崩解颗粒小粒径化.以高岭石含量为主软岩崩解主要是由结构缺陷中空气被水挤压产生超张应力,使原结构缺陷扩容引起,崩解后以大粒径颗粒为主,其粒径分布的分维数D为0.873 1～1.764 2;而以蒙脱石含量为主软岩崩解则主要是由蒙脱石遇水膨胀造成岩体差异膨胀引起,崩解后以小粒径颗粒为主,其粒径分布的分维数D为2.223 1～2.716 2.     

岩石的非均质性对其材料强度尺寸效应的影响

采用非均质数值试验的方法,研究了非均质参数m对岩石材料强度尺寸效应的影响,提出尺寸效应影响参数η,其值越大尺寸效应越明显.研究表明：随着非均质参数m的增加,尺寸效应影响参数η的值先增加后减小,当m→＋∞时η→0.在m=2附近时η达到最大值,此时的强度尺寸效应最明显.η在1.65≤m≤3范围内变化最为剧烈,所以当非均质参数m在此范围内时,岩石材料的强度尺寸效应在明显和不明显之间变化幅度最大.     

考虑岩体塑性硬化与软化特性的巷道围岩变形理论分析

为深入探究岩石峰值强度前后非线性硬化与非线性软化特性对软岩巷道围岩变形及力学行为的影响,引入硬化系数与软化系数的概念,基于莫尔-库仑屈服准则与非关联流动法则,推导出圆形巷道围岩四区应力、位移和半径的解析表达式。通过算例,分析了硬化系数和软化系数对塑性硬化区与塑性软化区巷道围岩的影响。结果表明:对于巷道围岩塑性硬化区,其径向与切向应力随内摩擦角、黏聚力硬化系数的增大而增大,径向与切向应变也随内摩擦角硬化系数的增大而增大;而对于塑性软化区,其径向与切向应力随内摩擦角、黏聚力软化系数的增大而减小,径向与切向应变也随内摩擦角软化系数的增大而减小。因此提高巷道围岩塑性硬化区的内摩擦角、黏聚力硬化系数与降低塑性软化区的内摩擦角、黏聚力软化系数可提高围岩承载能力。     

软岩巷道水平变形模拟研究及机理分析

应用FLAC程序对软岩巷道的馅饼式变形特征进行了模拟和分析，从宏观的角度描述了水平变形的表征和内因．通过古汉山矿井底车场及冯营矿二四轨道软岩巷道变形破坏特征，分析研究了软岩巷道不稳定机理，持续性的水平变形是关键因素，并对这种持续变形在数值上进行了描述，提出稳定巷道水平变形的数值量．根据水平变形机理，提出了3种控制方式．     

基于离散元的动载冲击地压巷道围岩稳定性分析

本文以陈家沟煤矿8514工作面为工程背景,针对目前动载作用下的巷道变形失稳等问题,借助离散元程序UDEC揭示动载作用下巷道围岩的响应特征,分析了不同距离动载对巷道稳定性的影响。数值模拟结果表明:底板变形破坏范围会因动载与巷道顶部距离减小而增加,两者呈正相关关系,但动载与巷道顶部距离对两帮和顶部变形破坏范围影响较小;动载作用下,巷道震动速度类似于正弦波的形式逐渐衰减并且存在峰值。文章研究结果旨在为动载作用下冲击地压巷道围岩稳定性分析提供相应的理论支撑。     

动静组合加载下岩石动力学特性研究现状及岩爆机理分析

为研究动静组合加载下深部岩石的动力学特性,国内外学者基于改进的霍普金森压杆试验装置,进行了各种试验,得出一些重要的研究成果。本文对岩石的动力学特性进行了基本的概括,同时基于岩石的动力学特性,对岩爆发生的动力学机理进行初步分析,对现实的工程具有一定的指导意义。     

应力波在节理岩体中的传播特性探析

考虑岩石节理非线性法向特征,时域范围内理论分析了应力波在两个平行节理岩体中的传播规律。通过建立波在节理岩体中传播的数值差分模型,时域范围内推导并获得了纵波P波和横波S波垂直入射节理岩体的动力传播方程。可以同时考虑节理的非线性特征和节理间多次透反射的影响,并可求得任意时刻透射波和反射波的数值解。进一步通过参数研究分析了不同因素对应力波传播规律的影响规律,包括节理初始法向刚度、节理非线性系数、入射波频率和节理间间距等。研究表明：由于节理非线性因素以及节理间多次透反射的影响,波在多个岩体节理中的透射系数并非是波在单个节理中透射系数的简单叠乘。     

块系覆岩中摆型波传播对巷道支护动力响应影响

为研究支护体自身的动力响应规律,通过理论和计算分析岩体中的非线性摆型波传播对巷道支护动力响应的影响,根据摆型波在非连续自应力块系上覆岩体中传播时的支护动力响应模型,研究上覆岩块间的黏弹性性质及岩块破坏对支护动力响应的影响。通过计算分析得出,上覆岩块间弹性下降时,支护的动态受拉和受压幅值随之下降且周期变大;上覆岩块间阻尼增大时,支护的受拉和受压周期不变,但周期内的微扰动逐渐消失且幅值略有下降;上覆岩块沿垂直冲击方向破裂成两个子块时,支护的受拉和受压次数增加。