注浆参数与岩体裂隙参数

注浆施工中,注浆参数如注浆压力、浆液扩散距离、注浆泵量、浆液注入量、注浆时间等之间的相互关系及其合理选择,已为现场所重视,并积累了丰富的经验,这对保证注浆工程质量起了重要作用,但对岩体裂隙参数,如裂隙开度、裂隙孔隙度、裂隙迂曲度、裂隙稠密度等,对注浆参数甚至对注浆工程质量的影响,尚未引起应有的重视。本文对这类因素的影响及注浆中需考虑的必要性,作了初步探讨。     

渗流裂隙岩体冻结温度场模型试验研究

我国西部地区有丰富的煤炭资源埋藏在富水岩层下,普遍采用冻结法凿井实现井工开采。与我国中东部地区表土冻结不同的是,西部地区人工冻结的目标为富水岩层,其为孔隙储水、裂隙导水,易在裂隙处形成优势流。当出现裂隙优势流时,将不可避免地对岩体的冻结温度场产生控制性影响,裂隙面处往往会成为冻结壁的薄弱部位,这与表土冻结温度场研究中所考虑的孔隙渗流影响迥异。为此,本文在人工冻结温度场模型中引入裂隙参数和渗流参数,推导渗流裂隙岩体人工冻结水热耦合温度场的相似准则,并在此基础上开展裂隙岩体双管冻结温度场的模型试验和数值模拟研究。研究结果表明:裂隙渗流显著延缓了冻结壁交圈时间,裂隙面冻结壁交圈时间远大于岩块,且其冻结壁厚度也显著降低。在富水裂隙岩体人工冻结中,在冻结管与裂隙垂直,裂隙开度为20 mm,管间距为1.736 m时,冻结壁能够交圈的极限渗流速度为(17±1) m/d研究结果对西部地区富水岩层的冻结法凿井具有重要参考价值。     

渗流作用下裂隙岩体冻结温度场分布规律研究

建立了渗流作用下裂隙岩体双孔冻结的数值计算模型,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,实现了裂隙岩体冻结过程中耦合及相变问题的模拟,分析了裂隙存在对岩体冻结温度场及渗流场的影响,研究了不同渗流速度下对应的冻结温度场的分布规律.结果表明:裂隙的存在会减薄上游冻结壁厚度,等温线在冻结壁外图形成“心形”分布;渗流速度对冻结壁的发育及其交圈时间影响较大,渗流速度愈大,冻结壁发育愈慢,交圈时间愈长.在本文条件下,当渗流速度小于7 m/d时,流速与交圈时间基本呈线性关系;当渗流速度超过7m/d时,交圈时间呈现急剧增长,达到10 m/d时,交圈时间趋于无限大,即交不上圈.     

离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响研究

构建不同结构特征的离散裂隙网络,然后建立相应的等效岩体模型,通过单轴压缩数值试验得到等效岩体模型的力学参数,分析离散裂隙网络的几何参数对裂隙岩体力学参数的影响。结果表明：随着裂隙密度P₃₂的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变近似线性递减,泊松比近似线性递增；随着裂隙倾角均值的增加,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变先减小后增大,泊松比先增大后减小,在60°时达到极值；对于裂隙倾角的分布特征,当裂隙倾角均值为60°时,单轴抗压强度、弹性模量及峰值应变随Fisher分布常数的增加而减小,泊松比随Fisher分布常数的增加而增加,而对于其它裂隙倾角均值的情况,Fisher分布常数对裂隙岩体力学参数的影响较小；对于裂隙直径的分布特征,幂律分布指数对裂隙岩体力学参数的影响较小；敏感性分析结果表明,单轴抗压强度对于离散裂隙网络几何参数的敏感性最大,弹性模量的敏感性最小。     

基于Morris法的巷道围岩变形全局敏感性模拟分析

利用3DEC离散元数值模拟软件建立深部巷道围岩热力耦合模型,并结合Morris全局敏感性分析法,通过一次只改变一个参数的取值方法轮流计算各参数的“基本影响”,并根据其均值μ和方差σ的大小判断围岩热传导率、围岩比热容、巷道壁面热交换系数、洞内空气温度、围岩温度、线热膨胀系数等参数对围岩变形输出值的影响程度,以及与其他参数相互作用大小。模拟结果表明：线热膨胀系数、围岩温度和洞内空气温度对巷道变形的影响最为敏感;围岩热传导率、围岩比热容、巷道壁面热交换系数对巷道变形的影响较为不敏感;各参数对变形输出值影响时,线热膨胀系数与其他参数相互作用最大,并且某个参数与其他参数间相互作用越大,其对变形输出值的影响不一定也大;在所选取的3个位置,对热力学参数敏感性大小顺序依次为顶帮、底帮、两帮。     

用于裂隙岩体应力测试的套筒致裂法

套筒致裂技术用于岩体和测试具有简便、可靠、高效的特点。为了使它也适用于裂隙岩体，本文提出了相应的计算理论和测试技术，并对新近研制成功的一种套筒应力计作了介绍。     

三峡工程坝址区裂隙岩体水文地质参数反分析

本文在充分研究了三峡工程坝址区岩体所处的地质、水文地质环境基础上，以流场中若干点水头实测值与计算值之误差为目标函数，考虑到岩体裂隙结构面在控制岩体渗流中的作用，用三维有限单元法与最优化方法相结合，反求岩体的水文地质参数。     

用于裂隙岩体应力测试的套筒致裂法

套筒致裂技术用于岩体应力测试具有简便、可靠、高效的优点．为了使它也适用于裂隙岩体，本文提出了相应的计算理论和测试技术，并对新近研制成功的一种套筒应力计作了介绍     

离散单元法及其在裂隙岩体变形机制研究中的应用

本文详述了离散单元的基本原理,并以一实例阐明其在裂隙岩体变形机制研究中的应用。     

裂隙岩体渗流与应力耦合有限元分析

裂隙岩体中裂隙发育规模和分布规律控制了岩体的渗流特性和变形规律，从工程角度出发，忽略岩块的渗透性，假设水流只在岩体的裂隙网络中流动，以立方定律为基本公式，给出了非平行楔形裂隙渗流方程，利用裂隙变形与渗透系数之间关系的耦合机理，给出了有限元分析模型。给出的算例表明，所提出的模型是可靠的。     

基于非参数统计Hoek-Brown准则的参数敏感性分析

Hoek-Brown强度准则能正确反映岩体强度,描述岩体非线性破坏特征,但其参数获取存在人为因素,数据离散,不利于理论分析和数值计算。基于此,在对不规则Hoek-Brown屈服面处理并数值实现的基础上,提出用非参数统计方法研究Hoek-Brown参数敏感度,用Matlab实现拉丁抽样,借助一巷道模型,研究了参数对其围岩变形的敏感性,得到各参数的敏感度大小顺序,说明围岩塑性区和弹性区的变形受控因素不同,围岩塑性区的变形与GSI值的相关性最大。     

Stress analysis of single joint rock mass under triaxial compression

Based on the fundamental principle of rock mechanics, the stresses of single joint rock mass under three-dimensional compression were analyzed. The effect of the intermediate principle stress on the strength of single joint rock mass were discussed in particular. It is found that the strength of single joint rock are affected by the intermediate principal stress, which may be the main factor in some conditions.     

基于细观特征分析的单节理岩石破裂机理研究

为揭示不同节理方位对岩石破裂机理的影响,利用PFC软件模拟岩石裂纹孕育、发展和贯通过程中产生的大量声发射数据,基于矩张量理论、P-T图法和T-k图法研究了岩石破裂各阶段中声发射事件的空间位置、破裂方位、破裂类型、应力状态、矩震级等破裂参数及其演变规律。试验结果表明:1)岩石破裂方位受加载方向和节理方位影响,当节理方位与加载方向呈一定夹角时,主压应力分量逐渐分布在与节理方位对应的P-T图位置附近。2)线性张拉破裂所占比例随节理角度的增大而减小,线性剪切破裂、混合破裂和双力偶剪切破裂所占比例随节理角度的增大而增大。3)张拉破裂主要分布于节理面上,其矩震级(能量)较小;剪切破裂和混合破裂主要分布于节理面与临空面的交线上,其矩震级较大。运用矩张量理论、P-T图法和T-k图法可有效掌握岩石破裂机理及其宏观演变规律,可为分析岩体稳定性及其发展趋势提供一种新的技术手段,是传统分析方法的有效补充。     

非均匀应力场下巷道围岩弹塑性分析

根据岩石材料的变形特性,引入了在实际工程中对巷道围岩具有一定影响的参数,采用岩石应力-应变三线段力学模型,分析了非均匀应力场下圆形巷道围岩弹性区、塑性软化区、塑性残余区的力学形态,推导出了非均匀应力场下圆形巷道弹塑性的理论解。在此基础上给出具体算例,分析了不同的影响因素对巷道围岩的影响。通过实例表明：岩石的侧压系数、应变软化、支护压力对围岩的力学形态、塑性区大小都有很大的影响;随着侧压系数的增加,巷道两帮处的塑性区范围在减小;软化模量的降低可以减小塑性区的半径;支护压力增加也可以减小塑性区半径。了解岩石的侧压系数,控制岩体的软化模量,适时加大支护压力均能有效地控制巷道围岩的稳定性。     

巷道围岩渗流场和应力场各向异性特征分析及应用

依托范各庄煤矿12号煤层底板的砂岩巷道工程实际,应用岩体结构面非接触测量（ShapeMetriX3D）系统,对巷道开挖面进行岩体结构面数字摄影测量及识别,得到岩体结构面的几何分布参数;在此基础上,利用Mont-Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论计算岩体的渗透张量和弹性张量,研究了岩体力学参数各向异性和尺度效应;最后,建立了平面应变情况下的巷道围岩各向异性渗流力学模型,采用COMSOL Multiphysics多物理场分析软件,计算得到了可以考虑节理分布特征的巷道围岩应力场和渗流场,并讨论了岩体力学性质主方向对围岩应力场、渗流场及损伤区的影响。研究表明,岩体的各向异性对数值模拟结果影响显著,等效连续介质的各向异性模型能考虑岩体结构面的影响,更符合工程实际。     

基于OED-GRA评价模型的采场岩体参数敏感性分析

针对岩体参数对采场稳定性的敏感性问题,提出一种正交—灰色关联评价模型(OED-GRA),可分析相互影响的多种岩体参数与采场稳定性之间的关联度。选取Hoek-Brown准则岩体参数中的地质强度指标GSI、岩石单轴抗压强度σci、岩石软硬程度常数mi、岩体扰动系数D等4个因素,采用正交试验方法和数值模拟方法进行16次典型的试验。取顶板沉降位移、顶板水平应力、矿柱水平位移、矿柱竖直应力4个指标进行指标满意度的敏感性分析。基于灰色关联理论,求得各评价指标与岩体性质参数的灰色关联系数,并获得Hoek-Brown准则岩体性质参数与Mohr-Coulumb准则岩体力学参数之间的关联系数。研究结果表明,GSI对采场稳定的敏感性最大,D的敏感度明显最小,σci、mi参数敏感性较GSI次之。采用正交灰色关联评价模型,避免了单因素分析敏感性的局限,同时可分析不同量纲的多因素关联度,结论更为客观、可靠,为多因素关联的敏感性分析提供一种新的思路。     

管内盐水流动状态对单管冻结温度场影响规律分析

为获得冻结工程中冻结管内盐水流动状态对温度场的影响规律,分析了冻结管内盐水流动特点与流动状态;基于相似理论,导出了考虑管内盐水流动时单管冻结温度场无量纲数学模型及相应的准则表达式,将众多影响因素简化为5个无量纲准则,大大降低了研究的难度;利用综合数值计算与模拟试验,研究并获得了无量纲盐水温度Ty、雷诺准则Re、傅里叶准则Fo、普朗特准则Pr和格拉晓夫准则Gr对温度场的影响规律,分析获得了冻结壁形成厚度b和冻结管热流密度q与以上5个准则的对应关系;得出管内盐水的流动状态变化对冻结壁的厚度b及热流密度q的影响范围可达30%以上。根据不同冻结阶段温度场的发展特点,提出冻结工程中雷诺准则数Re的推荐值。     

地下采矿对岩质坡体稳定性影响的参数敏感性分析

为了获得地下采矿对岩质坡体稳定性的影响规律,采用数值模拟方法,结合正交试验,分别就开采过程中煤层厚度、开采深度、采空区的面积、工作面与坡体的相对位置以及煤层倾角等因素变化对坡体稳定性的影响过程及其敏感性进行了分析。结果表明,采矿活动对坡体稳定性的影响随采空区面积和煤层厚度的增加而增加,随煤层倾角以及采空区与坡体距离增大而减小,开采深度对坡体稳定性的影响表现在先增加后降低,当深度在200~250 m 时开采对坡体稳定性的影响最大。在满足生产需求的条件下,控制采空区面积是减少开采对坡体稳定性影响的最有效手段。     

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。     

地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在2个方面:一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011 m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。