层状岩层裂纹饱和现象的数值模拟研究

层状岩层的裂纹饱和现象是地质界的一种普遍现象。基于有限元程序，分析了裂纹饱和现象的机理，从应力转化的角度解释了裂纹饱和现象；研究了单层材料厚度的变化对裂纹间距的影响；给出了层状材料达到饱和状态的全过程；并分析了裂纹的产生、发展规律。     

煤岩冲击倾向性研究

 基于大量试验数据,系统分析煤岩冲击倾向性各种指标的相关数据,并针对现有行业标准中关于煤岩冲击倾向性评价存在的问题,提出将煤的单轴抗压强度作为评价煤层冲击倾向性的新指标,并给出判据;对原煤矿顶板岩层冲击倾向性指标的适用性进行分析,并指出不足,提出并推导出新的基于简支梁模型的顶板岩层冲击倾向性计算公式及其界定指标;分析脆性系数、含水率等与冲击倾向性之间的相关性。研究结果表明,煤的单轴抗压强度可以作为煤层冲击倾向性评价指标;依据简支梁模型确定的弯曲能量指数的计算公式,其计算结果与现场实际情况相吻合。     

层状岩层围岩隧道稳定性的探讨

首先分析了层状岩层围岩隧道受力特点,并提出层状岩层围岩隧道破坏机理及其四种典型失稳模型,结合湖南省常张高速公路关口垭隧道工程,利用有限元程序对不同倾角岩层围岩进一步分析了支护结构受力特点,总结出不同产状围岩的受力特征及相应二衬的最不利受力处,对今后相似层状岩层隧道设计及施工具有一定的参考价值和指导意义。     

城郊矿煤样冲击倾向性指数的试验研究

利用 RMT-150B 伺服试验机对城郊矿煤样进行冲击倾向性试验,试验结果表明：测定冲击倾向性指数时煤样峰后变形特征与加载控制方式相关,测定动态破坏时间采用应力控制方式,冲击能量指数则采用应变控制方式;煤样的抗压强度与弹性模量、冲击能量指数、弹性能量指数和剩余能量指数呈正相关,而与动态破坏时间呈负相关,表明煤样抗压强度越高时发生冲击地压的危险程度越大;煤样的冲击能量指数与弹性能量指数,弹性能量指数与剩余能量指数均具有良好的正相关性;动态破坏时间与冲击能量指数具有呈良好负相关;剩余能量指标和弹性模量能否作为评判煤层冲击性等级划分有待进一步研究;城郊矿二2煤层煤样的动态破坏时间为306 ms、弹性能量指数为5.91、冲击能量指数为2.48、单轴抗压强度为8.86 MPa,依据规程模糊综合法评判二2煤层属于弱冲击类。     

煤层冲击倾向性与含水率关系的试验研究

 利用试验分析方法, 系统测定了煤层冲击倾向性与煤层含水率、煤层含水率与煤层孔隙度之间的关系。试验研究表明, 煤层冲击倾向性与煤层含水率成反比关系, 并在原始含水率状态对含水率的升高最为敏感, 煤层饱和含水率与煤层孔隙度成正比关系。结果可为用注水法防治冲击矿压提供可靠的定量依据。     

缓倾角层状岩体失稳的尖点突变模型研究

应用突变理论对某层状岩体滑坡进行了研究,用弹性力学理论综合考虑地下水因素建立了尖点突变模型,分析了滑坡的形成机制,认为地下水主要是通过物理化学作用软化了滑面带岩体,使滑面带岩体刚度比降低,从而使岩体突发失稳,地下水的力学作用表现为一种触发因素。并进一步根据突变理论提出了防治建议。     

冲击倾向性煤体破坏过程声热效应的试验研究

介绍自行设计的多系统、同步监测试验机构，并对冲击倾向性煤体分别进行单向加载和循环加载破坏试验。利用系统所具有的红外热像、声发射、应变等监测方式，分析两种加载条件下，冲击倾向性煤体破坏过程的声、热效应及破坏前的异常信息特征。对比研究不同监测方式下，冲击倾向性煤体中同一破坏事件的响应速度以及各自响应的灵敏度；获得冲击倾向性煤体的固有物理力学特性，并发现强冲击倾向性和非冲击倾向性煤体单轴压缩时的最终破坏前兆点分别为0．9和0．7个荷载强度比，也说明强冲击倾向性煤体的失稳破坏更突然、更难于预测。     

层状复合岩体冲击动力学特性试验研究

为探究岩石工程中较为常见的层状复合岩体的动态力学性能,采用波阻抗差别较大的红砂岩和灰砂岩"拼接"成层状复合岩体试样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,分别对灰砂岩靠近入射杆和红砂岩靠近入射杆2种情况进行不同冲击速度下的冲击压缩试验,对比研究应力波由硬入软和由软如硬2种情况下复合岩体应力波传播特征、动态应力–应变关系以及能量耗散规律。理论分析复合岩体的受力特征和强度条件,同时结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对复合岩体的破坏特征进行研究。研究结果表明:(1)复合岩体的动态力学特性及能量耗散规律均具有明显的应变率效应。(2)相同冲击速度下,受波阻抗匹配关系影响,应力波由硬入软和由软入硬时复合岩体动力学特性差异性明显。但是随着冲击速度的增大,两者之间的差异逐渐减小,趋于一致。(3)复合岩体两部分岩石破坏程度和破坏形式明显不同。波阻抗小的红砂岩破坏程度较波阻抗大的灰砂岩更为剧烈。红砂岩以剪切破坏为主,且交界层面处红砂岩后于其他区域红砂岩发生破坏;灰砂岩以张拉破坏为主,高速下产生局部剪切破坏,且交界层面处灰砂岩先于其他区域灰砂岩发生破坏。     

断层冲击地压失稳瞬态过程的试验研究

 以白光数字散斑相关方法作为试验的观察手段,采用双轴加载方式对一种花岗闪长岩进行直剪摩擦滑动试验,通过搭建高速数据采集系统对断层冲击地压失稳瞬态过程进行研究,观测和分析冲击失稳过程中断层位移演化时间和空间的特征。试验结果表明：(1) 断层冲击地压发生与侧向压力量值有关,断层冲击地压发生需要满足一定的侧向应力条件,当侧向压力较小时,断层发生稳滑,不会发生冲击地压;(2) 随着侧向压力的增加,发生断层冲击的峰值应力增加,断层冲击地压发生时的应力降增加;(3) 冲击失稳过程中断层位移演化在时间上表现出间隔滑动特征,并且滑动间隔时间随着侧向压力的增加而增加,断层第一次失稳滑动的距离和滑动速度大于第二次滑动的距离和滑动速度;(4) 冲击失稳过程中断层位移演化在空间上表现出滑动的差异性特征,断层不同位置处的失稳滑动量值和滑动演化特征不同,表现出断层观测点的滑动量值随着与加载端的距离增加而增加的趋势。     

玲珑金矿花岗岩岩爆倾向性的实验研究

通过基本岩石力学实验,得到了花岗岩的力学参数,在此基础上,建立了三种岩爆倾向性指标(岩石脆性指数、岩石弹性变形能指数、岩石冲击能指数)对其进行岩爆倾向性判别,结果表明:玲珑金矿花岗岩为强岩爆倾向性,已具备了发生强烈岩爆的内部条件。     

不同岩层倾角顺倾层状岩质边坡破坏机制研究

顺层岩质边坡在自然界中广泛存在,研究顺层岩质边坡的变形破坏机制是边坡工程中的重要课题。运用底摩擦试验以及数值模拟手段,对不同岩层倾角条件下顺层岩质边坡的破坏机制进行对比分析。研究结果表明：(1)边坡的破坏机制随岩层倾角的不同发生显著改变,层面倾角为10°时边坡破坏模式为滑移–拉裂,层面倾角为30°时破坏模式为平面滑动–剪出,层面倾角为45°时破坏模式为滑移–挤压,层面倾角为75°时破坏模式为弯曲–倾倒;(2)基于测点图像追踪技术获取顺层岩质边坡的破坏过程,特征点位移结果表明顺层边坡的变形破坏具有明显的阶段性;(3)边坡安全系数与岩层倾角直接呈非线性相关,当岩层倾角为0°～25°时,安全系数随岩层倾角的增大逐渐降低,当岩层倾角为25°～70°时,安全系数随岩层倾角的增大而逐渐增大,岩层倾角大于65°,边坡安全系数变化不大;对于边坡稳定性,底摩擦试验与数值分析的结果较为一致;不同岩层倾角条件下顺层岩质边坡的稳定性显著差异的原因在于边坡破坏机制的显著变化。研究成果可为顺倾层状结构岩质边坡的安全评价和灾害识别提供参考。     

层状岩层隧洞开挖与支护的监理质量控制

结合新疆阿尔塔什水利枢纽2号深孔排沙放空洞工程实例,从围岩的地质构造形态对围岩稳定性的影响进行分析,对层状岩层隧洞开挖与支护监理质量控制要点进行探讨。     

聚能水压光面爆破在层状岩层下的应用与研究

以张吉怀铁路官田隧道为例,通过理论分析、现场调查等方法,对聚能水压光面爆破技术进行研究,得到以下结论:(1)得出了层状岩层结构对爆炸应力波的影响以及应力波在层状围岩爆破中的传播规律;(2)研究了层状岩层结构对爆轰气体的影响;(3)提出了层状围岩隧道超欠挖控制技术,研究了层状围岩隧道破坏机理与破坏模式,完善了层状岩层下的聚能水压光面爆破技术。     

基于表面分形特征的煤岩冲击倾向性评价

对于煤岩体冲击倾向性的评价,目前主要采用煤的冲击能量指数K_E,弹性能量指数W_ET和动态破坏时间D_t三种指标。由于煤岩体的孔隙越发育(也就是孔隙率大、孔隙数量多、结构复杂等),则一般情况下其宏观力学强度就越低,岩体内积聚的能量容易通过塑性变形或破裂消耗掉,冲击倾向性就越低;同时,通过研究煤岩扫描电镜(SEM)图像,计算其孔隙特征参数和分形维数,发现煤岩体具有良好的分形特征,并且孔隙发育程度可以很好地被分形维数所描述,因此引入分形维数D_f来描述煤岩冲击倾向性是合适的,一般来说分形维数越大则冲击倾向性越小。     

隧道层状围岩失稳的弹性倾斜梁突变模型

应用突变理论,建立了弹性倾斜梁尖点突变失稳模型,在考虑围岩倾角的情况下,分析了围岩的失稳机制,导出了围岩失稳的充要力学条件,得出了层状围岩失稳的力学判据。     

组合煤岩冲击倾向性演化及声电效应的试验研究

在采掘工作面及巷道中,顶板、煤层、底板共同组成一个力学平衡系统,当这个系统受到采动的影响时,就有可能诱发煤岩体所积聚的弹性能通过弱面结构突然释放,形成冲击矿压灾害。因此,研究不同组合类型的顶板–煤样–底板组合试样的冲击倾向性演化及声电效应规律对于监测、预警冲击矿压灾害及强度弱化治理起到非常重要的指导作用。通过大量组合煤岩试样的冲击倾向性及声电效应的试验研究发现,随着煤样强度、顶板岩样强度及其厚度的增加,组合试样的冲击倾向性随之增强,且电磁辐射与声发射信号强度随着组合试样的强度、顶板岩样的高度比例以及冲击能指数的增加而增强。同时发现试样冲击破坏前,声电信号的强度达到极值,冲击破坏之后,信号强度均产生突降。上述研究成果对于指导现场冲击矿压灾害强度的弱化控制以及卸压解危效果的检验具有重要的意义。     

地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡失稳机制研究

 我国西南灰岩山区的褶皱山体经长期强烈的地质抬升运动与河流侵蚀,山体呈现出中上部厚层-巨厚层灰岩地层陡峭,下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态,加之下部煤层、铝土矿层的开采,成为我国大型层状岩质崩滑灾害的高发区。本文以重庆武隆鸡冠岭陡倾层状岩质斜坡滑动为例,采用FLAC3D模拟分析了地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡“弯曲变形-层间错动-采矿加速倾倒变形-下伏岩体阻滑-下伏岩体剪切破坏-整体失稳”的渐进失稳过程,认为鸡冠岭山体滑动是一类层状岩体的倾倒-滑移失稳的复合破坏模式。模拟结果表明：(1) 陡倾临空的斜坡在长期重力作用下,坡体沿山梁方向发生蠕滑变形,坡体逐渐产生拉裂缝;同时由于该斜坡位于背斜核部附近,应力集中导致上覆层状岩体呈现出弯曲变形的特征;(2) 长期岩溶作用加速坡体裂缝的发育与扩张;(3) 斜坡下部煤层开采时,导致鸡冠岭山梁发生应力发生重分布,上覆层状岩体逐渐发生层面分离,层状岩体下部产生裂缝,岩体强度逐渐降低;(4) 当斜坡下部煤层逐渐采空后,上覆层状岩体变形急剧增大,发生倾倒破坏,挤压矿层下伏稳定岩体,发生剪切滑移,最终从临空处剪出形成高速碎屑流。因此,对于西南灰岩褶皱山区,认识长期地下采空对层状山体的扰动作用,对大型灰岩山体防灾减灾与风险区划具有重要的现实意义。     

两侧不规则采空区孤岛工作面煤体整体冲击失稳研究

为了研究两侧不规则采空区孤岛工作面煤体整体冲击失稳的危险性,以山东某矿3206孤岛工作面为工程背景,分析工作面回采期间两侧不规则采空区顶板结构动态变化过程;采用高精度微震监测技术,获得该矿采空区上覆岩层移动角和触矸角;提出孤岛工作面煤体支承压力计算公式及失稳分析方法,分析得出孤岛工作面侧向采空区由悬顶向半悬顶结构转变时应力达到最大、而采空区宽度足够大(进入充分采动阶段)时应力反而减小的结论。最后,结合3206工作面地质条件得到工作面回采期间各阶段的失稳系数。分析结果表明:该工作面在回采过程中,发生冲击失稳的可能性较大,但通过采取大直径钻孔卸压等防冲措施,该工作面可以安全回采,开采实践证明,本文结论是正确的。     

深基坑施工失稳控制分析与模拟研究

由于深基坑施工的稳定性问题造成的事故不断增多,研究深基坑的施工稳定性问题,数值模拟是一个理想的方法,通过利用大型数值分析处理Plaxis软件和FLAC3D软件,建立适当的模型,采用对比分析的方法,研究探讨了降水的渗流和外荷载对深基坑施工中稳定性的影响,并得到以下结论:(1)降水的入渗对总的变形影响不是特别大,总的变形值较小,其中相比,对水平位移的影响稍突出,这有可能引起基坑滑坡,导致破坏;(2)外荷载使得基坑的总的变形变大,而且会导致基坑的滑坡和破坏,这些对其他深基坑工程的施工设计和施工安全有着很好的借鉴意义。