多孔介质的细观损伤本构模型

对于多孔介质损伤本构关系进行深入的研究。介绍了多孔介质损伤本构关系与细观结构连接的原则和方法，提出了一个多孔介质非线性弹性损作构模型。其次，在Gurson理论已有工作的基础上，推出一个规则多孔体服从Drucker-Prager屈服准则的近似屈服面方程，进行得到了相关联的弹塑本构模型。最后，以裂纹密度为细观损伤变量，修正裂纹密度细观损作屈服面中偏平面上J2的影响，推出了地基土弹塑性细观损伤本构模型。     

采动过程中底板岩层变形破坏与损伤机理分析

底板岩层在采动过程中的变形破坏取决于底板的应力场和原生缺陷分布。为了研究底板岩层破坏的细观机理,描述底板岩层的裂隙演化,在分析煤层底板应力环境的基础上,基于岩石工程破坏准则,采用连续介质损伤力学和几何损伤理论的研究方法将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)破坏准则,建立了煤层底板脆性裂隙岩体介质在孔隙水压力作用下受采动影响的脆性动力损伤发展和孔隙率演变模型。并应用该模型对谢桥矿8#煤层开采过程中的底板变形破坏特征和裂隙水的迁移活动规律进行了脆性动力损伤分析。该损伤力学模型可用于煤层底板稳定性分析。     

论岩体力学的地质基础

岩体的力学作用和力学性质明显地受岩体结构、岩性及岩体赋存条件,特别是地应力控制着。因此,根据岩体结构、岩性及地应力对岩体中应力传播、岩体变形及破坏所具有的力学效应特点,可将岩体分为块裂介质、碎裂介质及连续介质等三种力学介质。岩体力学是由块裂介质岩体力学、碎裂介质岩体力学及连续介质岩体力学共同组成的力学体系。     

三维应力状态下岩石损伤破坏的卸荷效应

利用连续介质损伤力学方法，通过岩石微元体强度的Weibull统计分布和库仑准则假定，建立了一个简明的岩石三维各向同性损伤模型及弹脆性本构方程。探讨了岩石试样试验的应力-应变全过程特征、损伤演化规律、岩石试样加载的围压效应以及卸荷破坏下强度及脆化特征，理论与试验结果表明，卸载破坏比加载破坏表现得更为脆性、更突然。     

开采速度与地表移动变形的关系探讨

以现场实测和相似材料模拟实验资料为基础，采用连续介质力学的方法，对开采工作面推进速度与其地表动态移动变形的关系进行了研究，得出其间的动态关系方程。     

深部岩体力学中软岩多孔介质模型的研究

软岩是复杂的多相体系,存在着内在的不均匀性和孔隙性。岩体工程进入深部后,软岩进一步增加,表现出"三高一扰动"的特点,传统的岩石力学研究方法中多把软岩抽象为连续介质,忽略其不连续和不均匀性,且不考虑深部环境中温度和孔隙压的影响。本文将其视为多孔介质,从定义出发,引入动态孔隙度模型,并论证了假设的严密性,同时,考虑温度和孔隙压的影响,推导出修正的有效应力通式,最终建立了适合深部环境的软岩多孔介质模型。     

地表和岩层变形与工作面推进速度的关系

以现场实测和相似材料模拟实验资料为基础，采用连续介质力学的方法，对开采层上覆岩层和地表的移动变形与开采工作面推进速度的关系进行了研究，得出其间的动态关系方程。     

节理岩体边坡损伤力学与FLAC-3D耦合分析

通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性，将节理岩体视为含有损伤的连续介质，建立了节理岩体的损伤力学模型。应用FLAC-3D内嵌FISH语言，探讨了与FLAC-3D的数据交换方法，采用Visual Basic编制了损伤力学分析的计算机程序，实现了节理岩体损伤与FLAC-3D的耦合分析，并应用于鞍钢眼前山铁矿南帮边坡的模拟分析中。     

地表和岩层变形与工作面推进速度的关系

以现场实测和相似材料模拟实验资料为基础，采用连续介质力学的方法，对开采层上覆财层和地表的移动变形与开采工作面推进速度的关系进行研究了。得出其间的动态关系方程。     

论矿业工程中的流—固耦合渗流问题

简单回顾渗流力学发展历史，指出实际沙流都是在可变形多孔介质中发生的，流体流动与介质变形间存在相互作用。过去常加以忽略，将渗流作为非耦合问题研究，随着科学技术的发展．有越来越多的无法忽略耦合效应的工程问题．本文较系统地介绍了矿业工程中涉及的流-固耦合问题以及流-固耦合渗流的研究方法、宏观方程与测试技术和应用．     

基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟

传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬时扩展和亚临界扩展的物理机制,运用损伤力学与断裂力学理论,建立了基于微裂纹演化的岩石细观蠕变损伤本构方程及破裂准则;采用Matlab软件编程将该细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中,实现了一种能够模拟岩石蠕变损伤与破裂演化全过程的数值方法。在此基础上,利用建立的数值方法对双轴压缩条件下岩石蠕变过程进行了数值模拟,模拟结果很好地表征了岩石典型的3阶段蠕变特征,并以一种物理真实、可视化的方式深入地揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。     

尾砂胶结充填体力学试验及损伤研究

尾砂胶结充填体是一高度非线性介质，有不同于岩石和混凝土的独特力学特性。本研究分别对灰砂比为1：4、1：8和1：10的3种尾砂胶结充填试块进行了压缩与拉伸力学试验，测试了其应力-应变关系，分析了充填体破坏机理及不同配比下的力学特性，建立了3种不同配比充填体压缩和拉伸损伤本构方程。经验算对比，所建立损伤本构方程与试验结果吻合较好。     

随机介质放矿理论的检验

为推动放矿理论的发展,建立比较完善的放矿理论体系,对目前比较新的随机介质放矿理论进行了评价,以检验其理论的完备性。随机介质放矿理论采用概率论方法研究崩落矿岩的移动规律,建立了表述散体移动特征的放出体形方程、速度方程,给出了散体移动时散体场特征和移动边界方程。该理论本质上仍然属于连续介质放矿理论,因此必须接受连续介质放矿理论的5条检验准则的全部检验。检验结果表明,随机介质放矿理论只能部分通过检验,从而说明随机介质放矿理论的不完备性,为建立系统的、完备的放矿理论提供了理论依据。     

含瓦斯煤体爆破损伤模型研究

含瓦斯煤体是一种复杂的力学介质,瓦斯气体的存在使煤体的物理力学性质发生改变,对煤体的爆破作用具有积极作用。爆破作用下煤体将发生变形并改变瓦斯气体的赋存状态,这都引起煤体的孔隙率发生相应的改变。在Taylor方法的基础上,利用孔隙率定义含瓦斯煤体爆破损伤变量并确定其损伤演化方程,利用有效应力原理建立了含瓦斯煤体动态本构方程和爆破损伤模型。     

多孔介质软岩蠕变的渗流固流耦合模型

基于深部岩体工程地质灾害防范预测研究的目的,开展了渗流对软岩蠕变变形规律的影响的研究,根据岩土流变力学和流体力学理论,流体的质量和能量守恒方程,建立了单向流体在多孔介质软岩中流动的固流耦合数学模型。     

基于单个裂隙的单元等效渗透系数张量

根据流量等效原则和有限元法思想，提出了基于单个裂隙的单元等效渗透系数张量计算公式，为采用较为成熟的等效连续介质模型的理论和计算方法来解决离散网络模型和离散介质-连续介质耦合模型问题提供了有效的理论工具。模拟了主干裂隙的导水作用，计算结果合理，且不存在离散介质-连续介质耦合模型数学处理不易，二者之间水交换量难以确定的问题。     

三维采空区内瓦斯,氮气的扩散运动及有限元解法

应用三维多孔介质流场的紊流扩散方程和迎风加权Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元法，研究瓦斯、氮气在三维采空区内的扩散运动和浓度分布．给出的结点加权法有效地避免了求解扩散方程时的数值振荡．简单介绍了三维采空区速度场的解法，此速度场是按照采空区非线性渗流实际特点，依据与三维多孔介质流场紊流扩散方程相匹配的非线性渗流方程，应用文中提出的非线性渗流的Ｈ－Ｖ方程组和有限元法得出的．最后，给出了一个三维采空区注氮问题的典型算例．     

危岩体细观损伤断裂力学研究

细观损伤力学常采用一种平均化的方法,把细观结构损伤机制研究的结果反映到材料的宏观力学行为的描述中去。这就涉及两个主要方面的内容,一是细观损伤的形式特点、描述以及变量选取;另一个就是平均化后向连续介质损伤力学的过渡问题。从上述两方面做了研究,指出了危岩裂端的损伤形式,对于危岩稳定性而言,损伤的发展和稳定性的劣化是一个动态的过程,起控制性作用的是主控裂端区域的损伤发展,定义了主控裂端损伤区,并给出了求解其大小和方位的方法。     

综放采场顶煤介态转化临界位置研究

综放开采过程中,顶煤经历了由拟连续体逐步过渡为非连续体的介质状态转化过程,而顶煤介质状态转化的临界位置则显著影响着其与支架的相互作用关系。结合理论分析、数值模拟与现场实测的研究方法,对采动应力演化路径下顶煤介态转化临界状态的形成位置进行了研究。揭示了顶煤介态转化临界位置处顶煤的强度特征,定义了采动尺度煤体的宏观等效损伤变量,阐述了用损伤力学观点描述顶煤拟连续介质阶段渐进劣化进程的依据,建立了综放采场采动应力演化路径下顶煤的渐进损伤模型,构建了顶煤介态转化临界位置的判定方程,最终实现了对这一临界位置的量化表征。以长山子煤矿1123综放工作面为实例,计算得到顶煤介态转化临界位置位于煤壁前方0.59 m处,现场的支架载荷特征及顶煤漏冒现象验证了计算结果的合理性。     

非均匀煤岩双重介质渗流-应力耦合模型

为了模拟裂隙和非均质煤岩损伤劣化对煤层瓦斯抽放过程的影响,将煤岩视作拟连续介质和裂隙组成的双重介质.拟连续介质(煤岩)视作弹性损伤材料,煤岩的弹性模量、强度的非均匀性用Weibull分布模拟,裂隙利用薄层Desai单元模拟.基于弹性损伤理论考虑煤岩应力状态及损伤与透气系数的耦合,建立了煤岩瓦斯渗流-应力耦合模型,并在数值计算程序Coupling Analysis中开发了相应的计算模块.利用建立的模型模拟了某瓦斯抽放试井瓦斯抽放,结果表明在瓦斯抽放过程中,有效应力变化诱发部分煤岩单元发生损伤,损伤区透气系数最大增加了约2.7倍,受围压影响,非损伤区的透气系数减小,减小的最大幅度达到95%.研究表明,建立的模型能较好地模拟煤岩应力和损伤及煤岩力学参数的非均匀性对透气系数的影响,从而为瓦斯抽放过程模拟提供了一种有效方法.