义马煤业北露天矿弱层流变强度特征

弱层的流变强度是边坡稳定性研究工作的重要指标之一,通过试验得出不同应力作用下岩体软弱夹层随时间的变形特性,了解软弱夹层蠕变阶段发展的特点,求取软弱夹层的长期强度指标以及流动特性指标等,通过相应的物理、力学性质等试验结果的对比,弱层的流变强度低于快剪强度。在以弱层为主要不稳定因素的边坡中,进行边坡稳定分析和施工方案时采用流变强度具有重要意义。     

露天矿顺层蠕动边坡稳定性动态分析探讨

进行了阜新海州露天矿北帮东部一号断层区顺层蠕动边坡变形、失稳机理分析讨论。根据老化理论提出了软弱夹层的一般流变方程τ =Ao( 1 δ·tα) ·γm ( 1 σmH) ,确定由等速蠕变向加速蠕变过渡的临界应变量作为破坏时刻的破坏应变量γs,从而建立长期抗剪强度与应力作用时间变化的关系τ =Ao·γs( 1 δ·tα) Ao·γsH ( 1 δ·tα) ·σm=c σm·tgφ ,对于非稳定蠕动变形 ,等速蠕变阶段的应变速率与剪应力超过长期极限强度的程度有关 ,在此基础上探讨并建立顺层蠕动边坡的流变稳定性分析方法 ,评价蠕动边坡变形、失稳的动态演化     

软弱夹层流变试验长期强度确定方法

本文根据软弱夹层流变试验和理论提出了流变试验中确定长期强度的三种方法,以有效的可靠的控制长期强度的可能波动范围,从而为露天煤矿边坡变形分析和滑坡中长期预报提供可靠的实验依据.     

间歇性动态剪切作用下泥质夹层剪切流变特性

动力反复扰动作用是驱动岩体渐进失稳的重要影响因素,为研究爆破振动对岩体软弱结构面的影响,进行了动态剪切力间歇性循环作用下泥质软弱夹层的扰动流变试验,对比分析了试样的单纯剪切流变、单纯循环动态剪切和间歇性动态剪切作用下流变变形特征。研究表明,软弱夹层试样在流变过程中,受动态剪切力间歇性循环扰动时,若初始剪应力水平和动态循环剪切应力峰值均较低,动力扰动对试样流变过程可能无明显的影响。而若初始剪应力水平较接近其剪切强度时,微弱且长期作用的动力扰动也可以加速其流变变形过程。循环动态剪切间歇性扰动作用下试样最终发生流变破坏时,存在一应力状态门槛值,该值由静态剪应力和动态剪应力峰值之和确定。对于受泥质夹层等流变性软弱结构面控制且受爆破振动长期影响的岩质边坡,应进行瞬态动力稳定性和长期动力稳定性的综合评价。     

基于分数阶微积分的软弱夹层剪切流变损伤模型

软弱夹层的剪切流变力学特性研究对于保证边坡长期 稳定性具有重要意义,建立能够描述软弱夹层剪切流变特性 的本构模型是研究的关键。通过分析不同剪切应力水平下 的软弱夹层剪切流变试验结果,基于分数阶微积分理论,采 用 Abel黏壶元件代替传统模型中 Kelvin体,并从概率论和 统计学的角度出发,进一步引入服从加载时间t的 Weibull 概率密度分布函数,该函数能够表征软弱夹层统计损伤变量 D,从而建立了一个能够全面描述软弱夹层衰减流变、稳定 流变和加速流变3个阶段的非线性分数阶剪切流变损伤本 构模型。以此为基础,依据 FLAC3D 所提供的二次开发程序 接口,采用 VC++编程方法实现了损伤本构模型的二次开 发,并对开发的模型进行了验证。结果表明:基于自定义非 线性分数阶剪切流变损伤本构模型的 FLAC3D 数值试验结 果与室内剪切流变试验结果较吻合,验证了所建模型的适用 性。研究结果 可 为 含 软 弱 夹 层 边 坡 长 期 稳 定 性 研 究 提 供 参考。     

深部巷道顶板软弱夹层对围岩稳定性的影响研究

为了研究深埋巷道顶板软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响，采用理论分析和数值模拟的方法，对巷道顶板软弱夹层厚度、位置和数量进行系统性研究。研究结果表明：(1)将顶板简化为弹性体和西原模型构成的组合系统，可以较好地描述顶板软弱夹层变形，当软弱夹层受力大于其屈服应力时，顶板失稳；(2)顶板软弱夹层对顶板具有一定的应力弱化作用，且在软弱夹层位置存在明显的应力跳跃现象，随着夹层数量的增加，底板应力集中程度略微增加；(3)距离顶板较近的软弱夹层对巷道围岩变形量影响较大，且在软弱夹层位置存在变形突变，巷道顶板易发生离层。结合数值模拟结果，当巷道顶板存在软弱夹层时，应及时采取支护措施，防止软弱夹层超过屈服应力导致巷道失稳冒落。     

分级加卸载下节理软岩流变试验及模型

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司 Ⅲ 矿区软弱节理矿岩进行蠕变试验,按瞬时弹性应变、滞后黏弹性应变、瞬时塑性应变与黏塑性应变对流变试验数据进行分析,探讨了软弱节理矿岩的黏弹塑性变形特性;引入2种非线性元件--裂隙闭合体和非线性牛顿体,并将它们和描述衰减蠕变特性的开尔文体及描述瞬弹性的虎克体相结合,得到了一种新的复合元件流变模型,以研究复杂条件下节理软岩的黏弹塑性变形特性.试验结果表明,复合元件流变力学模型能很好地描述节理软岩在不同应力水平下的蠕变特性,特别是裂隙闭合阶段和加速蠕变阶段的特性,金川Ⅲ 矿区矿岩蠕变试验曲线与理论曲线较为吻合.     

含软弱夹层锚固体变形过程中锚杆受力分析

为了解锚固体变形过程中锚杆受力特征,采用物理模型试验方法,对含软弱夹层锚固体变形过程中锚杆受力演化规律和沿杆长分布规律进行研究。研究发现,锚杆受力特征与锚固体变形过程密切相关,随锚固体变形,锚杆逐渐进入拉、压、弯、剪受力状态。锚固体屈服前,锚杆受力变化缓慢、沿杆长分布较规律(弯矩除外);锚固体屈服后锚杆受力变化剧烈、沿杆长分布一致性差,软化段开始出现稳定段。锚固体横向变形量与锚杆伸长量间的差异使锚杆受轴力作用,轴向变形沿杆长的非均匀分布使锚杆受横向剪应力作用并弯曲。软弱夹层对锚杆受力的影响主要体现在锚固体屈服后,轴力沿杆长分布曲线在软弱夹层内出现拐点,软化段时软弱夹层内锚杆轴力演化曲线出现平台段。     

含软弱夹层凝灰岩滑坡稳定性计算——以松阳县呈田滑坡为例

含软弱夹层凝灰岩边坡受降雨影响诱发的滑坡一直是浙江省内公路边坡防治的主要对象。为进一步理解不同软弱夹层强度弱化模式对滑坡稳定性的影响,选取典型凝灰岩滑坡——浙江省松阳县呈田滑坡,采用Midas GTS NX有限元软件的强度折减法进行不同降雨条件下的滑坡变形分析,同时引入软弱夹层强度“S”型曲线弱化模型,并优化考虑裂隙水压和渗流力的耦合模型,对比讨论滑坡的稳定系数演化特征。结果表明,滑坡的变形迹象与数值模拟结果得到相互印证,随着降雨持续,变形带由后缘夹层不断向前缘演化扩展;强降雨导致富含黏土矿物的软弱夹层强度弱化是该滑坡失稳的主要原因。通过对比不同方式计算的边坡稳定系数,采用考虑软弱夹层强度“S”型曲线弱化模型计算的滑坡稳定系数随着后缘裂隙水头高度和结构面强度软化阶段表征参数(λL)的增加而快速减小,突出了滑坡变形失稳演化的时间效应,其更适用于滑坡风险评价工作;而采用极限平衡法计算的滑坡稳定系数,突出了计算结果的唯一性,适合于以安全为前提条件的滑坡抢险的风险决策。     

不同加载路径条件下软弱夹层泥岩力学响应及变形规律

原生岩体的整体强度由力学性质最弱的岩层决定。为了研究构造区域软弱夹层泥岩的力学特性及变形规律,设计了4种应力路径下的三轴压缩试验,分析了应力路径和围压对软弱夹层泥岩力学特性及变形规律的影响,提出了应力路径和围压作用下软弱夹层泥岩力学特性及变形规律表征参量。研究结果表明:(1)软弱夹层泥岩随着围压的增加呈塑性流动、应变强化的特性;(2)卸压极限承载强度可以表征不同应力路径下卸载过程中的岩石承载能力;(3)当卸载过程中轴向应力和径向应力均减小时,软弱夹层泥岩的径向应变最大、承载能力最弱;(4)卸载过程中,软弱夹层泥岩的变形特征符合恶化规律,且弹性模量和泊松比的恶化程度可以分别用一次、二次方程表征。     

矿山边坡软弱夹层赋存状态及蠕变特性对边坡稳定性影响研究

含软弱夹层的露天矿山边坡是一种广泛存在的地质体,其弱强度的夹层岩土体更易导致边坡发生滑坡失稳。然而,目前对含缓倾软弱夹层矿山边坡的研究不够系统深入,且缺乏对其的长期稳定性分析研究。本研究依托某典型的含缓倾软弱夹层露天矿山边坡,系统分析了软弱夹层赋存状态多因素影响下边坡的位移变形演化规律及破坏模式;借助能描述软弱夹层蠕变特性的 Burgers 本构模型,深入探讨了含软弱夹层矿山边坡的长期稳定性。研究结果表明：弱强度参数的缓倾软弱夹层对边坡稳定性也会产生显著影响,软弱夹层的倾角和埋藏深度会明显影响边坡滑裂带位置,且在临界破坏时沿软弱夹层形成完整的贯通滑面;软弱夹层的蠕变特性降低了边坡的长期稳定性。研究成果将为分析此类矿山边坡的工程问题提供借鉴。     

软岩现场流变试验及非线性分数阶蠕变模型

软弱岩体的流变力学特性研究对于保证矿井软岩巷道围岩的稳定性具有重要的意义,有必要进行软弱岩体的现场流变试验及其本构模型的研究工作。首先进行了煤矿软岩巷道底板大体积软弱岩体的现场分级加载压缩蠕变试验,其后引入分数阶微积分理论,采用Abel黏壶元件替代传统Burgers流变模型中的粘弹性体(即Kelvin体),并基于现场岩体流变试验结果中岩体试样在加速蠕变阶段的变形特征,在改进后的Burgers模型上串联上非线性黏塑性体(即NAVPB),建立了现场软弱岩体的非线性分数阶蠕变模型,最后基于岩体试样的流变试验数据,进行了非线性分数阶蠕变模型和Burger模型的参数拟合与对比分析。软弱岩体现场流变试验结果表明:岩体试样是否发生加速蠕变与加载的应力水平有关,其蠕变存在加速蠕变应力阈值,应力不大于该阈值时,岩体试样蠕变只发生衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段,且稳定蠕变阶段变形速率不为零;应力大于该阈值时,岩体试样经历完整的衰减蠕变、稳定蠕变和加速蠕变3阶段并最终发生破坏,且存在加速蠕变启动时间点。模型参数拟合及对比结果表明:提出的软弱岩体非线性分数阶蠕变模型结构较为简单,相较于Burgers模型,能较好地...     

含软弱夹层综放工作面煤帮大变形机理及其控制北大核心

含软弱夹层煤帮常出现大变形问题,影响巷道的正常使用。以东滩煤矿3308工作面轨道巷为研究背景,综合采用现场实测,数值模拟,理论分析等手段,分析含软弱夹层巷道帮部的大变形特征,基于莫尔-库仑强度准则研究其失稳机理,得到煤柱发生剪切破坏的判据表达式,探讨围岩力学参数对大变形的影响规律。结果表明:两帮水平位移的峰值在软弱夹层处,软弱夹层是煤帮发生大变形的关键因素;含软弱夹层煤帮发生大变形对锚杆所产生的轴向拉力不足以使锚杆(索)杆体发生破坏,锚杆(索)承载能力的丧失可能由于锚固区黏聚力低或尾部脱锚;通过提高围岩内摩擦角和黏聚力可使剪切带范围减小甚至避免发生剪切破坏。基于研究成果,提出了锚索注浆改性、摩擦让压锚杆适应大变形及锚杆尾部增锚、限位抗剪锚杆补强的支护原则并进行了工程验证。     

双软弱夹层岩质滑坡的滑动模式及变形规律

顺层岩质滑坡具有分布广,破坏性强,滑动机理复杂等特点,其滑动主要受软弱夹层的控制。在自然界中,顺层岩质滑坡往往受到双层或多软弱夹层的影响与控制。针对此特点,通过对山西吕梁山一带的顺层岩质滑坡发育特征与破坏规律进行总结,建立两种含双软弱夹层顺层岩质滑坡计算模型,基于极限平衡法,考虑软弱夹层的抗剪强度在滑坡不同发育阶段的强度衰减,分析发现滑坡在不同的力学判定条件下会以不同的模式发生滑动,且不同模式下滑坡的启滑机理是不同的,模式一为上层软弱夹层软化而引起的,启滑时,上层岩层首先失稳,而下层岩层暂时保持稳定;模式二滑坡的启滑是由于下层软弱夹层软化而引起的,失稳破坏的形式是整体失稳。另外,基于FLAC~(3D)数值模拟,分析了双软弱夹层顺层岩质滑坡的破坏变形规律。结果表明:由上层软弱夹层控制的滑坡滑动变形时,软弱夹层会在前缘发生切层现象,在中部与后缘滑坡会沿上覆岩层与软弱夹层的接触面滑动;由下层软弱夹层控制的滑坡滑动变形中,在前缘断面上层软弱夹层处会发生不连续性变化;在由上下软弱夹层共同控制下的顺层岩质滑坡中,当上层软弱夹层首先软化启滑,下层软弱夹层的软化会导致滑坡上下岩层发生分离滑动;当下层软弱夹层首先软化启滑,上层软弱夹层的软化对滑坡的整体滑动影响并不显著。     

煤矿软弱夹层特性分析及本构模型研究

软弱夹层作为一种十分不利的地质现象,是影响围岩稳定性的重要因素,是水利、煤矿等工程建设的重要安全隐患。在分析软弱夹层成分组成、厚度等物理化学特性以及强度低、易泥化等力学特性的基础上,进一步分析了软弱夹层在流变渗透等情况下的本构关系,论述了煤矿中常见软弱夹层力学性质的测试,结合矿山岩体力学中的本构理论,建立了软弱夹层的本构模型,完善了软弱夹层的理论研究,并在此基础上进行了典型锚杆支护巷道含软弱夹层顶板的失稳状况分析。     

深部煤巷帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性评价方法

选择合理方法,对深部煤层巷道帮部软弱煤岩锚杆(索)支护合理性进行评价,具有重要的工程实用价值。选择煤岩变形等速阶段变形速度值作为评价指标,在确定深部煤层巷道帮部锚杆锚固区、锚索锚固区以及帮部煤岩变形不同区段煤岩承载力得到充分发挥时的等速阶段变形速度合理取值基础上,通过监测深部煤层巷道帮部不同区段煤岩变形随时间演化特征,分析不同区段等速阶段软弱煤岩变形速度值,并与合理值比较,来评价锚杆、锚索支护参数的合理性,进而选择合理的支护参数。在煤岩变形早期,即可判别支护合理性,并能及时进行支护参数调整,在保证安全的基础上,使支护成本最低。     

软弱夹层对煤矿主斜井围岩稳定性的影响分析

深部煤层的开采导致上部覆岩运动与破坏,覆岩中的软弱夹层是影响井筒、硐室及地下巷道等地下工程围岩稳定的关键因素之一。针对弱胶结砂岩中软弱夹层对主斜井围岩稳定性问题,基于分层位移场的软弱夹层静力计算模型,计算得到软弱夹层各点的精确位移。采用理论分析与数值模拟的方法分析了软硬互层弹性模量之比、软弱夹层的泊松比以及软硬互层厚度之比对穿越软弱夹层的斜井围岩变形规律。结果表明:软硬互层弹性模量之比对主斜井围岩稳定性有显著影响;当k值小于0.1时,即软弱夹层弹性模量与硬层弹性模量相差一个数量级以上时,软弱夹层围岩变形显著增加,二者呈幂函数关系;随着软硬互层弹模比值的减小,软弱夹层与上下硬层之间应力梯度变化值增高,斜井顶底板在软硬层接触面变形最大;软弱夹层泊松比由0.1增大至0.4过程中,斜井围岩变形量逐渐减小,顶板位移量减小0.42m;软硬互层的厚度比越大,围岩稳定性越差,竖直方向的移近量约为两帮移近量的3倍。     

含软弱夹层巷道变形机理及围岩控制技术研究

某煤矿5^-2煤存在软弱夹层,工作面回采过程中顺槽变形严重,为了有效治理该煤层巷道围岩变形破坏状况,通过对软弱夹层矿物进行成分分析及数值模拟试验,得出巷道变形机理为夹层所含高岭石和蒙脱石遇水后易软化形成滑面,受工作面二次采动影响,巷道顶板形成高应力集中,致使巷道沿滑面发生错动变形。根据自稳平衡拱理论,提出了巷道支护优化方案,有效遏制了含软弱夹层巷道变形破坏,研究成果为含软弱夹层巷道围岩稳定性控制提供了有益的借鉴。     

大变形岩巷及硐室流变控制技术的应用

梨园矿宁庄井部分巷道、硐室岩体具有破碎软弱、易泥化、持续变形的特点.针对不同位置的巷道和硐室提出了以刚柔转换全封闭马蹄形U型钢支架为主的联合支护方案,成功解决了具有大变形、流变性质的岩巷及硐室的支护难题.     

岩石流变扰动特性单轴压缩试验研究

深井软岩条件下扰动荷载会引起围岩流变变形,在已提出的岩石流变扰动效应、强度极限邻域等概念的前提下,为得到岩石流变扰动效应本构关系,首先对岩石流变扰动效应实验仪的冲击扰动加载装置进行设计改进,能够准确测量出单次扰动冲击力及扰动作用时间,接着利用红砂岩进行单轴条件下的岩石流变扰动效应实验,研究岩石在恒定轴向荷载下,处于强度极限邻域内和强度极限邻域外的流变扰动效应规律,根据实验结果,绘制了不同流变阶段的累计扰动变形量-累积扰动能量曲线,结合岩石流变扰动的影响因素,在流变扰动曲线的基础上建立了岩石流变扰动本构方程。