刀具破岩机理的细观数值模拟及刀间距优化研究

通过采用RFPA2D软件对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀作用下岩石破碎机理进行数值模拟研究.分别模拟了单刀头、双刀头、三刀头作用下的岩体破碎过程,并对多刀头作用时进行了刀间距优化.模拟结果表明,岩石在单刀头作用下的破碎过程大体可以分为粉末体出现、粉核体形成、侧向裂纹产生与扩展、破碎块体出现4个阶段,并体现为以张拉为主、伴随挤压或剪切破坏等复杂破坏形式.在围压作用下,平行于围压方向的裂纹更容易产生与扩展,更有利于刀头侧向裂纹的贯通.多刀头之间有明显的协同作用效应,破碎比能随着刀间距的增加有一个逐渐增加然后减小的过程.数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以为岩石掘进机设计、盘形滚刀布置提供参考.     

岩石冲击破碎块度分形与能量耗散特征研究

为研究冲击荷载作用下岩石能量吸收与破碎分形特征,应用霍普金森试验系统对0.6、0.8、1.0、1.2、1.4长径比花岗岩进行动态冲击试验,分析了应变率效应和尺寸效应对花岗岩试件的破碎能耗和破坏形态的影响;在考虑时间因素的基础上,提出一种新的能时密度指标来评价能量耗散,结合分形维数计算与能时密度分析,研究岩石在冲击过程中的能时密度与分形特征。结果表明：0.6 ~ 1.4长径比花岗岩试件的应变率和能时密度均符合乘幂关系,同种长径比试件的能时密度随应变率增大呈递增趋势;在48.8 ~124.2 s_^-1应变率区间内,分形维数随应变率增加显著增大;花岗岩试件在动荷载下的能时密度和分形维数符合乘幂关系,单位时间内岩石吸收能量越多,分形特征就越明显;引用能时密度结合岩石破碎块度的分形维数计算,能够定量研究岩石单位时间内的能量吸收规律。     

含有节理特征的岩石对滚刀速度的适应性研究

为了研究滚刀旋转速度和贯入速度对含有节理特征岩石破碎效果的影响。利用ABAQUS有限元软件模拟单滚刀破岩过程,分析节理岩石破碎过程产生的应力、应变云图。结果得出:对于节理间距为80 mm、节理倾角为0的岩石,滚刀破岩的最佳旋转速度是2 rad/min;节理倾角为30°时,滚刀的最佳旋转速度为4 rad/min,最佳贯入速度为4 mm/s;节理倾角为60°时,滚刀的最佳旋转速度为3 rad/min,最佳贯入速度为6 mm/s。滚刀的旋转速度对于节理岩石破碎的影响具有不规律性;而滚刀的贯入速度对于节理岩石的破碎具有一定的规律性。在相同贯入速度下,节理倾角为60°的岩石最容易破碎。     

煤岩渗流—蠕变耦合作用下声发射试验研究

为研究煤岩在渗流—蠕变耦合作用下的声发射及损伤特性,进行了4组不同渗透水压和围压的蠕变声发射测试实验。研究结果表明：累计渗流量曲线对应于蠕变应变曲线,可分为初始、稳态、加速3个阶段;受渗流和蠕变作用的相互影响,在相同围压下,渗透压越大,煤岩的瞬时应变量越大,蠕变速率越高,渗流量越大,声发射越活跃;在相同渗透压下,围压越大,煤岩的瞬时应变量越小,蠕变速率越低,渗流量越小,声发射活跃程度降低;声发射在渗流—蠕变全过程中,整体呈U型变化特征,在体积压缩向体积扩容转变期,声发射异常活跃,表明煤岩此时处于内部结构的调整和损伤状态的转变期;基于Weibull分布函数的损伤表明,各围压下煤岩均存在一个损伤阈值,当损伤超过此值时,煤岩进入加速蠕变变形阶段,且损伤阈值有随围压升高而增大的趋势。     

冲击回转碎岩机理试验研究

在模拟孔底冲击回转钻进条件的试验台上,对岩石的冲击回转碎岩机理进行了试验研究,提出了大直径潜孔钻头的合理布齿及钻进参数选择依据.     

热机碎岩新技术

热机碎岩目前在我国尚属于一项新技术。介绍了热机碎岩工艺在国内外的发展状况，分析其碎岩机理及提高钻效的原因，对热机碎岩的前景及目前尚须完善之处做了进一步阐述。     

岩体爆破破碎的微观机理

利用扫描电镜对三种岩石的岩体及有机平板玻璃的爆破破碎现象进行了观测，对观测结果进行了分析、对比与讨论，分析了爆炸荷载作用下岩体破碎的微观机理。     

牙轮钻头动静耦合碎岩机理及旋挖成桩应用

总结了在不同高温状态下冷却、不同加载速率及随机裂隙发育状态下花岗岩动态抗拉力学特性的变化规律;结合牙轮钻头孔底碎岩过程,分析了动静载荷耦合作用下岩石破碎的载荷-侵深特性曲线,认为动、静载荷耦合作用的加载点（即动载的施加点）应是在静载处于卸载阶段;并根据加载能量大小讨论了不同动静耦合工况下产生的岩石破裂深度及破碎体积,表明通过一定范围内增大静载荷及冲击力、预加静压对岩石进行预应力损伤、加载-卸载-加载的破碎循环模式,有利于高效碎岩及裂纹的发育。嵌岩桩基础工程实践表明,通过改造牙轮钻头等钻具结构形式及布齿方式,利用动静耦合加载方式及对钻头冷却处理,可实现牙轮钻头在微风化花岗岩高效钻进的目的,为牙轮钻头的旋挖钻进成桩应用提供了重要的技术支撑。     

Time Effects of Failure of Rock Samples Subjected to Uniaxial Compression

Using ultrasonic sounding, the degree of discontinuity of a rock sample subjected to uniaxial compression is determined. It is shown that attenuation in an acoustic signal is due to the developing crack which screens the transmission of the signal from the source to a receiver. A correlation between the longitudinal strain and signal attenuation is established.     

硬岩钻井刀具密封失效原因分析及改进

针对硬岩钻井施工中出现刀具寿命短、更换刀具成本高等问题,分析了硬岩钻井刀具密封结构失效的原因,并有针对性地提出了刀具密封失效的改进措施,对提高硬岩钻井刀具使用寿命、降低钻井成本等都具有重大意义。     

盘式制动器热结构耦合分析

在盘式制动器图纸的基础上,建立了其三维模型。根据摩擦生热的理论,应用有限元软件Abaqus对制动盘进行了在紧急制动工况下的热结构耦合分析,得到了盘式制动器的温度场和应力场的重要信息。结果表明:在制动开始时,制动盘的温度场及应力场呈非轴对称分布,在制动结束时,制动盘的温度场及应力场接近于轴对称分布。     

地震作用下预应力锚杆岩质边坡动力特性数值模拟研究

针对以往研究对动力作用下的岩质边坡与锚固结构的联合受力特征研究较少这一不足,利用岩土工程专业软件Geostudio,建立了含预应力锚杆岩质边坡的动力有限元计算模型,模拟了在峰值加速度为0.3 g的EI-central波作用下的岩质边坡不同位置的位移、速度、应力及锚杆轴力变化规律.结果表明:地震动力作用对边坡的水平位移有...     

损伤岩体破碎块度分布的预测

就损伤岩体爆破破碎规律和块度分布预测的几个问题进行了分析研究。基于概率论推导出爆破块度分布分形维数的计算模型。并得了了与以往不同的一个结论为爆破块度分布的预测提供了理论上的依据。     

冲击加载下矽卡岩破碎能耗与块度关系的试验研究

破碎能耗、碎块数量和块度间的关系是岩石破碎的一个基本问题。利用SHPB装置及半正弦波加载, 对矽卡岩试样进行冲击破碎试验, 采用筛分法获得了破碎岩块的块度分布, 从而得到了冲击加载下入射能量与矽卡岩破碎能耗之间的关系, 以及矽卡岩破碎能耗、块度分布之间的定量关系。     

高速公路爆破中破碎块度控制的研究

从理论分析入手 ,结合工程实践 ,探讨了高速公路爆破中大块产生的原因 ,并提出了控制破碎块度的有效措施。     

热机碎岩钻头胎体材料的试验研究

论述了热机碎岩钻头胎体的性能要求;阐述了热机碎岩钻头胎体各组分的作用以及各组分的配料工艺;论述了胎体材料烧结工艺;进行了胎体材料的性能测试试验研究;得出了热机碎岩钻头胎体的最佳配方.     

图像处理技术在矿岩块度统计中的应用

对爆堆进行垂直拍照，基于图像处理技术，对爆堆的图像进行处理，统计岩块的数量和投影面积，进而测定岩块的粒度分布，实现对爆堆矿岩的破碎质量定量的综合评价和描述。     

自然崩落法的岩石力学工作与矿石崩落块度

介绍了运用自然崩落法采矿工艺时开展岩石力学工作的方法,在总结铜矿峪矿5号矿体810中段矿石崩落块度的基础上,主要分析了影响矿石崩落块度的因素,提出了降低大块的措施。     

岩石爆炸加载破碎特性与其声学特性关系

研究表明岩石声学特性能较好地反映岩石某些重要物理力学特性及结构特征。分析了作为岩石声学特性重要参数之一的纵波速度与岩石某些物理力学特性的关系,对大理石试样进行了超声波测试,并进行了爆炸加载初步试验。试验初步显现出岩石声学特性与岩石爆破破碎关系密切的特点,在无约束单向爆炸加载条件下,沿试样纵波速较高的方向加载时岩样的破碎程度较高。     

爆炸动水压力破岩系统的研究

提出了一种新的破岩方法--爆炸动水压力破岩系统,通过理论分析和实验室测试研究了动水压力在炮孔中的传播规律及其破岩效果.