动静组合加载下刀具破岩的力学模型

基于初始弹性和动静荷分工的假设,将动静复合加载下坚硬完整的脆性岩石的破碎过程分为弹性、损伤和断裂3阶段,综合运用弹性力学、岩石力学、损伤力学和断裂力学进行分析。由集中力作用下弹性半空间的应力场和单元体的剪切破坏,得出了岩石损伤的裂纹源和其曲线扩展路径;选定Ⅰ型、Ⅱ型裂纹作为动载冲击作用下压剪裂纹的扩展模式。提出了以冲击能(次数)来定义损伤度的方法。以相邻破碎坑的侧向裂纹扩展贯通作为岩石破碎的终点。本力学模型可以用于动静复合加载破碎岩石的系统仿真、数值模拟和机具设计。     

泥砾岩地层PDC钻头失效研究

针对塔中库车凹陷克拉苏构造带超深井泥砾岩地层PDC钻头过早失效、机械钻速低的问题,分析了岩性受泥岩或砾岩控制两类地层的PDC钻头工况特点及其实效形式,重点揭示了PDC钻头井底涡动现象发生的原因、失效机理、及其影响规律。认为控制吃入深度实现连续准静态切削是提高泥砾岩地层钻头寿命和机械钻速的有效方法,并从钻头设计和提高PDC复合片材料性能两方面提出了预防泥砾岩地层PDC钻头失效的一些建议和对策。     

深部开采动静载荷作用下复合动力灾害致灾机理研究

为研究深部开采动静载荷条件下冲击地压、突出两种灾害相互作用形成的复合动力灾害的发生条件与显现特征,利用重庆大学自主研发的"多功能真三轴流固耦合试验系统",以层状复合煤岩体为研究对象,进行了改变静应力组合、交变载荷频率和幅值、应变率及气体压力等试验条件的系列真三轴试验。试验结果表明:中间主应力、气体压力、交变频率和幅值、应变率等对复合动力灾害的显现特征均有较大的影响;真三轴试验条件下,层状复合煤岩体在临空面一侧多以劈裂成板、板曲折断的层裂形式破坏;基于荷载类型,可将复合动力灾害分为高静载型、扰动型、冲击型复合动力灾害3种类型,且在各类复合型动力灾害中,高压气体对复合动力灾害的孕育和发生具有积极的作用。     

动静组合载荷作用下岩石破碎试验研究

在动静态多功能岩石破碎试验台上,以花岗岩为试验对象分别进行了单一静载、冲击载荷和动静组合载荷破岩试验,结果表明:静载 动载组合模式能大幅度提高破岩效果,在破碎深度与破碎体积等方面比单一冲击或压入具有明显的优势,不同的动静组合载荷存在不同的破岩比能,合理选取动静载荷的比值,可使破岩比能最小,破碎效果最优。     

动静组合载荷作用下岩石破碎损伤断裂力学分析

分析了动静组合载荷破岩的载荷－侵深特征曲线,确定组合载荷合理的加载点是在岩石已发生体积破碎、岩屑已崩出、压实体又得到充分压实之后。对岩石在动静组合载荷作用下破碎进行了损伤断裂力学分析,得到在一定范围内加大静压力和冲击力可以使破碎坑体积很快增加,从而提高破岩效率;在预加静载荷使岩石发生体积破碎之后再施加冲击载荷,此时岩石破碎效果最好的结论。     

动静组合载荷作用下岩石破碎损伤断裂力学分析水

分析了动静组合载荷破岩的载荷-侵深特征曲线,确定组合载荷合理的加载点是在岩石已发生体积破碎、岩屑已崩出、压实体又得到充分压实之后.对岩石在动静组合载荷作用下破碎进行了损伤断裂力学分析,得到在一定范围内加大静压力和冲击力可以使破碎坑体积很快增加,从而提高破岩效率;在预加静载荷使岩石发生体积破碎之后再施加冲击载荷,此时岩石破碎效果最好的结论.     

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。     

动静耦合作用下无煤柱切顶留巷顶板成缝与稳定机理

无煤柱切顶留巷开采核心工艺为超前工作面采用预裂爆破技术切断巷道顶板与采空区顶板力学联系。基本顶预裂爆破期间是动静耦合作用的过程,动静耦合作用下既要保证基本顶炮孔连线间形成贯通裂缝,达到切顶效果,同时还要保证巷道基本顶稳定,装药长度与炮孔间距是决定性因素。以安徽祁东煤矿7135工作面为工程背景,基于岩层中应力波衰减公式,分析了基本顶预裂爆破成缝机理,并以此建立基于抗拉强度的成缝判据,确定基本顶成缝时装药长度及炮孔间距的最小量化关系。基于预裂爆破过程基本顶受力特征,建立基本顶动静耦合作用力学模型,获得耦合作用下基本顶应力计算公式,分析了动载作用下基本顶不同时间应力分布规律,揭示了爆破应力波在基本顶内呈拉、压交替变换且巷道基本顶同一位置持续受到拉、压应力脉冲作用的传播规律;分析了静载作用下基本顶拉应力分布与不同侧向应力集中系数关系,揭示极限平衡区应力集中系数仅对巷道基本顶局部拉应力分布有影响(03.0 m)的规律;分析了巷道基本顶稳定机理,并以此获得巷道基本顶稳定判据,确定巷道基本顶稳定时装药长度及炮孔间距的最大量...     

PDC钻头切削齿破岩载荷规律的分析

对PDC钻头冠部形状及不同的布齿密度和切削齿在不同的磨损状态下对PDC钻头切削齿受力的影响进行了分析；用相邻的3个切削齿之间的关系（不同的切削齿与切削齿之间的径向距离和切削齿之间的高度差）来分析PDC钻头冠部形状和切削齿布齿密度对切削齿受力的影响，以及将切削齿的磨损状态简化成与切削齿在钻头上装配方向垂直的平面来分析切削齿磨损状态对切削齿受力的影响。     

动静载荷下巷道围岩裂纹扩展规律的试验研究

为了研究动静载荷耦合作用下巷道围岩裂纹的扩展规律,将PMMA材料加工成含有单裂纹的试件,利用爆炸加载动态焦散线测试系统进行了巷道围岩裂纹扩展规律的试验.研究表明,预制裂纹的扩展位移、试件损伤度以及试验围压之间存在密切联系:扩展位移与试件损伤度呈负相关的关系;损伤度随围压的增大呈现先增大后减小的变化规律;不同围压条件下,预制裂纹在等量爆炸载荷作用下均出现扩展和止裂交替变化的现象,但预制裂纹扩展位移随着围压的增大呈先减小后增大的变化规律,在0MPa围压下扩展位移有最大值30.84mm,在0.4MPa时扩展位移有最小值10.98mm.裂纹端部扩展速度与能量释放率关系较为密切:能量释放率增大时,扩展速度会相应增大;预制裂纹扩展速度减小后,受应力波影响,裂纹端部积累能量,能量释放率又会相应增大.     

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。     

单双压头动静组合载荷破岩数值试验研究

应用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,以脆性岩石花岗岩为研究对象,进行了对单压头和双压头在不同加载模式下的破碎数值试验,采用声发射活动作为衡量标准表征破岩效果.结果表明:所加静载较小或动载荷应力波幅值小于岩石强度时破岩效果差;动静组合载荷加载条件下单压头和双压头均能大幅提高岩石破碎效果,且单压头破岩声发射能量大于双压头;双压头动静组合载荷破岩时压头间距对破岩效果有影响.     

冲击矿压的静动叠加失稳机制和发生模式

基于静动叠加冲击矿压的黏弹脆性体突变模型和黏弹性介质中震动波的传播规律,研究了煤体静动叠加冲击失稳机制,结合实例分析了静动叠加冲击矿压的2种基本发生模式:高静载低动载模式和高静载高动载模式,讨论了震动波频率、结构弱面刚度等因素对震动波传递的影响。认为高静载低动载模式和高静载高动载模式能够揭示两类典型的冲击过程;震动动载形成的瞬时动应力增量与静载蠕变阶段的静应力叠加使煤体满足临界条件而发生冲击失稳;震动波传递不仅随弱面的力学性质劣化而弱化,且随震动波的物理特性变化如频率的增大和波幅的降低而弱化。研究结果能为冲击矿压监测和防治提供指导。     

爆破荷载下喷锚支护动载响应的数值分析

喷锚支护广泛应用于采矿巷道支护、交通隧道支护、地下硐室加固等工程中。利用显式动力分析软件LS-DYNA,对微差爆破作用下喷锚支护的动态力学性能进行分析,比较了4种不同爆破方案下混凝土支护的受力与振动特性以及锚杆轴力的变化特点。结果表明:采用25ms的延期时间,微差爆破能够有效减弱爆炸应力的破坏效应;当爆炸应力作用在拱顶时,锚杆安装角越低,所受轴向应力越小;巷道拱顶锚杆交替承受拉压应力,水平锚杆主要承受拉应力。将数值模拟结果与冬瓜山铜矿现场情况相结合,提出了巷道支护的修改方案。     

新型仿生PDC齿高效切削机理及试验研究

利用仿生耦合理论,根据贝壳和蝼蛄等动植物的非光滑形态结构研制了一种新型的仿生PDC齿,并利用有限元软件abaqus对单个齿磨损前后的运动过程进行分析,与普通PDC齿的应力分布状态进行对比,可以看出,在同等条件下,非光滑PDC切削齿的应力大小及分布情况要明显优于普通的PDC切削齿,具有良好的碎岩效果。此外还对这2种切削齿进行了磨耗比试验,试验结果进一步证明了仿生PDC齿具有一定的优越性。     

薄煤层动静组合诱发冲击地压的机制

理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及诱发冲击地压过程。结果表明:薄煤层工作面应力集中程度较厚煤层高,峰值应力区距离煤壁较近,应力梯度较大;采动动载直接与高应力叠加,且开采导致的应力降以及单位体积煤体释放的弹性变形能远高于厚煤层,在动静组合作用下,薄煤层工作面易于达到动静组合诱发冲击地压的应力和能量条件,显著符合动静组合诱冲机制。最后基于动静载组合诱发薄煤层冲击地压的机制,探讨了薄煤层冲击地压防治原则和技术方法。     

新型凹状曲面金刚石复合片切削具的参数计算和分析

PDC钻头在石油天然气钻井和地质勘探钻进中得到了广泛的应用,但是,钻井中钻具的振动及其引起的PDC非正常磨损,影响了这种先进方法的技术经济效果。国内外钻探工作者提出使用楔形和圆柱形切削具,对于防止振动及其非正常磨损、提高钻探技术经济指标起了一定的作用,但未根本解决。俄罗斯专家提出使用凹状曲面PDC切削具,经过理论计算和分析对比,对其进行了计算机模拟,给出了有关参数（凹状曲面圆锥顶角,安装前角）,对于解决PDC振动问题有一定参考价值,值得引起我们的注意。     

冲击荷载下轴压对峰后破裂砂岩力学特性的影响

针对深部工程围岩常处于峰后破裂状态且遭受动力扰动影响的特点,利用动静组合加载SHPB实验装置对经静态压缩制备的峰后破裂砂岩进行冲击压缩试验,开展一维动静组合加载下破裂岩石的力学特性研究。试验中预先设置轴向静载为8,24和48 MPa三个系列,然后进行不同应变率下冲击加载,研究轴向静载对峰后破裂砂岩动力学特性的影响。对比完整砂岩试验结果表明:轴向静载8 MPa和相近应变率条件下,峰后破裂砂岩组合强度与冲击强度均低于完整砂岩组合强度与冲击强度,两者变形模量相差不大,但峰后破裂砂岩单位体积吸收能大于完整砂岩单位体积吸收能。轴向静载相同时,峰后破裂砂岩组合强度与冲击强度均随着应变率的增大而增大;轴向静载不同时,峰后破裂砂岩组合强度随着轴向荷载的增大而增大,而冲击强度随着轴向静载的增大先增大后减小。随着轴向静载的增大,峰后破裂砂岩单位体积吸收能也随之增大。动静组合加载下峰后破裂砂岩呈剪切破坏模式,且原始裂纹影响破裂面的扩展方向。