冲击矿压的层裂板模型及实验研究

片帮型冲击矿压是煤壁局部失稳, 与煤壁层裂板结构的形成有关。分析了煤壁层裂板结构形成及压曲失稳破坏规律, 给出了裂纹扩展、贯通的应力判据以及随后形成的层裂板结构压曲失稳的条件, 并据此对冲击矿压进行模拟试验研究, 实验结果与理论分析基本一致。     

冲击地压的一维层裂模型

提出了煤层冲击地压的一维模型.该模型把煤体破坏分为两个阶段层裂和失稳,并用支承压力分布特征描述煤体的失稳破坏.该模型描述了重力场条件下的冲击煤层失稳机制.     

冲击矿压模拟试验研究

采用相似材料和煤质材料模拟煤矿冲击矿压发生的过程和现象,揭示了煤壁局部突然失稳形成片帮型冲击矿压的机制,即巷道附近压应力集中区内裂纹平行壁面扩展、贯通,形成层裂板结构,在一定压力下发生压曲破坏。此外,试验采用三维模型和现场煤样,更接实际情况,为此类试验提供了新的途径。     

动力扰动导致巷道围岩层裂结构及冲击矿压的数值模拟

煤矿生产中存在着大量的动力扰动,常导致采矿巷道和采场围岩局部失稳,诱发冲击矿压发生。在一定条件下,动力扰动可简化为平面应力波。针对片帮型冲击矿压,采用数值方法模拟应力波作用下巷道围岩层裂结构的形成过程,探讨巷道围岩层裂结构的形成与巷道埋深、岩体弹性模量及应力波强度、时程特性的关系,进而讨论“小进尺、弱爆破”可减小扰动应力波诱发冲击矿压的机制,得到一定地质条件下动力扰动诱发冲击矿压的条件。     

考虑损伤影响的混凝土层裂试验与数值模拟

采用Φ74 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对C20、C45、C70三种不同强度的混凝土进行了层裂试验,研究加载率和损伤对混凝土层裂强度的影响。试验结果表明:混凝土层裂强度具有明显的应变率效应,其拉伸强度增强系数DIF随应变率增大而增大,且高强度混凝土的应变率敏感性要低于低强度混凝土;当加载率过高时,混凝土中将首先出现压缩损伤使其抗拉强度显著降低。重复加载试验还表明,拉伸损伤也会影响试件内压缩波的传播。在混凝土HJC模型中引入了Tuler-Butcher损伤累积准则,对混凝土层裂试验开展了数值模拟,计算结果和试验结果较为吻合,验证了模型的有效性。     

混凝土冲击性能的量纲分析与数值模拟研究

混凝土材料的冲击性能研究是建筑防护研究的重要课题.对钢弹冲击混凝土的两个模型进行数值模拟,得到了混凝土在反射波作用下的层裂现象,通过量纲分析,得到了混凝土在冲击作用下破坏的主要因素.     

断层冲击地压发生的理论与试验研究

把断层冲击地压看成是断层带与上下盘围岩系统的变形失稳，建立了扰动响应稳定性判别准则，并对断层冲击地压的一个简单模型进行了解析分析。通过粘滑失稳模型，解释了断层冲击地压的间歇性。对断层冲击地压进行了模拟试验，解释了只有达到一定开采深度才可能发生冲击地压，证实了冲击地压发生的间歇性。     

纤维混凝土层裂性能研究

选取三角形(应力值先增后减)入射波形,进行混凝土层裂过程分析,揭示了混凝土层裂破坏机理,介绍了两种测量层裂强度的试验方法及装置,对镀铜钢纤维RPC和端钩钢纤维RPC进行层裂性能分析,发现应变率对层裂强度的影响显著,应变率在25s-1附近时,RPC层裂强度的提高幅度最大,端钩钢纤维与RPC的锚固性能优于镀铜钢纤维与RPC的锚固性能。     

深部厚煤层断层煤柱型冲击矿压机制研究

 针对断层区采掘时冲击矿压频频发生的严峻现状,运用理论分析、实验室试验、数值模拟以及工程实践等方法,研究断层区的冲击机制。主要研究内容及结论如下：(1) 建立断层闭锁与解锁滑移的力学模型,理论推导得出上行解锁和下行解锁的判定公式,公式表明断层解锁与断层摩擦强度、断层倾角以及水平应力和垂直应力之比有关。(2) 提出断层区断层煤柱型冲击矿压的概念,认为断层煤柱型冲击分为断层活化型冲击、煤柱破坏型冲击和耦合失稳型冲击,并阐释各自的冲击作用机制。(3) 分析跃进矿25110工作面20次冲击震源分布规律、冲击影响因素和冲击作用机制,认为大部分冲击为断层滑移、老顶断裂和煤柱破坏诱发的断层煤柱型冲击。(4) 从弱化断层滑移和减弱煤柱冲击破坏两方面提出针对25110工作面断层煤柱型冲击矿压的治理措施,现场实践表明,控制工作面推进速度可减少断层活化型冲击,提高巷道支护强度和爆破卸压、大直径钻孔卸压可有效降低冲击矿压灾害。     

基于ANSYS/LS-DYNA的 Hopkinson层裂试验的有限元分析

采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,对Hopkinson层裂试验进行了数值模拟计算,并与实测结果做了对比。结果表明,ANSYS/LS-DYNA程序模拟输入杆的应变历程,具有较好的精度;模拟的砂浆混凝土长杆试件中的应变历程则存在一定的差异,并且分析了产生计算误差的原因。     

均布冲击荷载作用下金属方板的变形与起裂研究

基于接触爆炸荷载作用下的金属薄板试验,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析均布冲击荷载作用下固支方板和单向支承方板的动力响应过程、最终变形、起裂和耗能。结果表明,边界条件对方板的动力响应和起裂有重要影响：固支方板的起裂位置为边界中点,而单向支承方板的起裂位置为角点附近;单向支承板边界产生较大的面内位移,在相同荷载作用下,其最终中心挠度、动力响应时间和变形耗能均比固支板大;单向支承方板的起裂冲量比固支方板可提高50%以上。     

含浅层节理的岩体层裂数值模拟研究

冲击荷载作用下的岩体层裂是围岩屈曲失稳及岩爆的重要诱发因素。为研究围岩内部浅层节理对层裂行为的影响,采用相关键元胞力学模型(Correlated Lattice Bond Cell-CLBC)对此问题进行数值模拟研究。为了便于分析,以冲击荷载作用下不含节理的石梁层裂作为参考,将其层裂裂纹作为参考裂纹,层裂位置作为参考位置。相对于参考位置,分别在石梁中预设平行裂纹和斜裂纹组(相对于参考层裂裂纹),然后模拟相同荷载作用下的层裂行为。研究结果表明:浅层节理是否对岩体层裂产生影响取决于其相对参考层裂的位置和夹角。当平行节理位于参考层裂以内(远离自由面)时,平行节理对层裂没有影响;而当其处于参考层裂以外(近于自由面)时,应力波将其拉开、扩展,形成阶梯状层裂。对于斜节理组情形则更为复杂,但对于不同斜节理组其共同点都会在参考位置处产生层裂,并且表层岩石(层裂以外)都会被切割成块体沿斜节理方向弹出。当斜节理组位于参考位置以内时,斜节理发生扩展至自由面;当其位于参考位置以外时,只是在参考位置发生层裂;而当其跨越参考位置延伸至自由面时,在参考位置以内会产生平行于斜节理的衍生裂纹。该研究揭示了含浅层节理的岩体层裂规律,为分析围岩层裂行为提供了有意义参考,进而为进一步分析围岩屈曲失稳和岩爆提供必要的前提。     

层状岩体中洞室围岩层裂及破坏的数值模拟研究

非均质性是岩石类材料的基本特性,均质度的不同使得岩石表现出不同的力学特性和失效特征。基于RFPA?8程序,对层状岩体中洞室围岩的层裂及破坏进行了数值模拟,得到了层裂结构的层裂板厚度。同时,研究结果表明,对于岩石材料,其均质度对受压岩体内裂纹的演化具有重要意义。对于不同均质度范围,洞室围岩将表现出较高均质度的层裂破坏或较低均质度的局部弱化失效两种特点。     

C75混凝土动态层裂强度试验研究

基于线弹性力学理论和一维应力波的基本假定,采用大直径霍普金森杆对C75混凝土进行了一维杆层裂试验,以研究其动态拉伸强度和应变率效应.为了确定不同子弹速度下的混凝土弹性模量,在试件上采用了多点贴片的方法;通过优化子弹的尺寸,大大降低了应力波的波形弥散现象;提出了一种测定混凝土衰减系数的新方法,该方法能消除试件不均匀性、应变片个体差异以及信号衰减微弱等不良因素的影响,所获得的衰减系数比较精确.结果表明：C75混凝土动态拉伸强度具有较强的应变率相关性,在100~102s-1应变率范围内,其层裂强度随着应变率的增大呈线性增长关系.     

深部强冲击厚煤层开采上、下解放层卸压效果相似模拟试验研究

为了研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果,采用相似材料模拟试验的方法,通过监测解放层开采过程中及稳定后被解放层应力变化情况,分析应力变化规律,计算下解放层下部合理卸压角,确定了被解放层下平巷的合理位置;比较两次开采上解放层模拟试验的卸压程度,确定了上解放层工作面的合理位置;证明了开采下解放层后,被解放层上平巷附近区域仍是高应力集中区,易发生冲击地压,而开采上解放层后,该区应力明显减小,说明上解放层卸压效果明显;验证了井下发生大能量冲击地压之前,地表沉降出现"反弹"的异常现象。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有重要的现实意义。     

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。     

冲击地压、岩爆、矿震的关系及其数值模拟研究

全面论述了冲击地压、岩爆与矿震现象，对其进行了具体定义，指出三者之间的关系。采用数值计算手段对冲击地压与岩爆现象进行对比分析，指出它们的异同。在此基础上，建议对“冲击地压一、“岩爆”和“矿震”这3个术语区别使用。     

多次层裂面对混凝土中应力历史影响的研究

为了对地下结构抗层裂进行有效设计，在考虑多次层裂面对应力波传播规律影响的基础上，应用一维应力波传播理论，给出了混凝土结构中任一点应力历史的一般计算公式。算例表明，与过去未考虑多次层裂面影响的方法相比，利用所提出的公式确定的混凝土应力历史与实际更为相符，可为分析和评估爆炸荷载作用下混凝土结构的局部响应提供更为一般的分析手段。     

不锈钢芯板结构芯管平压性能的研究分析

不锈钢芯板结构是一种新型的装配式结构体系。为研究不锈钢芯板结构芯管的平压性能,通过对12组合计212根构件不锈钢芯板结构芯管试件的平压试验,得到了不锈钢芯板结构芯管平压强度和平压模量;然后采用有限元分析来模拟试验过程。有限元计算结果与试验结果的对比表明:两者吻合良好,验证了有限元模型的可靠性;而后对芯管的平压性能进行数值分析。试验和理论结果表明:不锈钢芯板结构芯管在平压作用下的受力过程可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;芯管破坏的本质是芯管端部发生局部屈曲破坏;最后给出了此种不锈钢芯板结构芯管平压强度设计值的理论计算式。