岩体侧向卸载变形破裂PFC~(2D)数值模拟

为探讨岩体在侧向卸载作用下的变形破裂行为,采用PFC2D离散颗粒流软件再现了岩体在侧向卸载作用下的失稳破坏过程。通过相似材料岩体室内单轴压缩试验来获得岩体在PFC2D计算所需各参数,然后以此为基础进行岩体的侧向卸载变形破裂数值模拟试验。结果表明:侧向卸载作用下岩体破坏以2条相互贯通的共轭张剪主裂纹为主,其裂纹发展可分为5个阶段;卸载岩体变形表现为沿卸荷方向的强烈扩容或膨胀,最终岩体的3个岩块将沿主裂纹面发生相互错动;岩体的扩容量与卸载速率成指数衰减关系,且卸载速率越大,卸载岩体的脆性特征就越明显,其破坏具有突发性、猛烈性和复杂性。     

真三轴条件下深部煤岩试样力学特性研究

为研究深部煤岩体地下实际浸水作用后煤岩体的力学变化情况,以山西某煤矿地下5组原位煤岩体为研究对象,通过制备的标准试验试件分别进行无水状态下、浸水之前和浸水之后的真三轴力学试验,以期还原强降水后深部煤岩体力学特性的变化情况。研究发现:原始状态下煤岩层试样层位岩石在真三向应力下的变形受层理、应力和结构的影响均较大,在垂直层理方向的变形能力较强;破裂模式表现为以结构控制型剪切破坏、结构和应力综合控制型剪切破坏以及结构控制型剪切破坏为主,以层理方向剪切滑移为主的3种破坏形式。当岩样在真三向应力作用下并通过浸水试验后,岩样峰值强度降低,力学性质弱化,弹性模量降低,同时变形能力增加。其破坏模式分为结构控制型和应力控制综合控制型剪切破坏,以及结构控制型剪切破坏形式。     

深部巷道围岩分区破裂化数值模拟

对应变软化模型岩体的变形机理进行分析,确定了巷道围岩产生分区破裂的前提条件为岩体变形进入峰后塑性及残余破坏阶段。对地下硐室围岩应力变形状态进行FLAC数值模拟,并基于破坏接近度指标对围岩完整状态进行描述。结果表明：分区破裂化与岩体峰后特性密切相关,是应变软化模型特有的属性,理想弹塑性模型并不能产生分区破裂化;计算结果对网格精度具有依赖性,当近巷网格大小为巷道半径的1/60时,巷道围岩出现螺旋带破裂区域,产生分区破裂,而在粗糙网格下则为传统弹塑性环状对称变形;分区破裂化区域受平面内侧压力系数影响显著,分区破坏主要集中在硐室围岩应力较大的方位;分区破裂化是巷道开挖过程中二次应力场在时间和空间重分布的结果。     

高应力超大采空区围岩破裂机理研究

针对红透山铜矿岩爆等地压灾害频发现状,采用声发射与多点位移计联合监测技术,对27采场4分层边墙和顶板的岩体破裂及变形进行长期监测。通过位移与AE事件数的不同分时累计曲线比较发现：①硬脆性岩体在强卸荷后,其释放的变形很小,而且变形的波动总是先于AE事件。根据岩体变形破坏能量释放机制,围岩变形释放的应变能决定了岩体耗散能,而耗散能是导致岩体破裂的直接原因,所以,围岩变形是微破裂产生的先决条件。②岩体微破裂的开裂扩展改变了岩体的内部结构,在应力场的二次调整过程中,裂隙不断发育,直至产生稳定的岩体构造。为避免硬脆性岩体在高应力强卸荷条件下出现片帮、岩爆等剧烈破坏,建议通过增加卸荷瞬时释放变形的方式,加强岩体应变能的释放,从而减少耗散能;同时在爆破开挖后及时支护阻止岩体内部构造的劣化。另外在岩爆多发地段,增加布设高精度位移监测设备,通过卸荷后围岩变形的突变,对高应力条件下的地质灾害进行预测预报。     

隧道砂岩破裂过程的电位信号研究

研究了砂岩破裂过程的电位信号规律及其破坏的电位前兆特征,结果表明,砂岩在破裂过程中有电位信号产生,电位信号与试样的变形破裂呈现良好的对应关系;电位信号对加载初期的变形破坏及裂纹的生成比较敏感,声发射在初期比较平淡,在加载后期电位幅值略有降低,而声发射信号大量增加;在试样的加速变形过程中在应变峰值的70％～97％范围内有强脉冲电位信号出现,电位信号的峰前突增可以作为砂岩破坏的前兆特征.通过研究煤岩体破裂过程的电位信号变化规律,可以加深对岩石破裂微观过程的认识,为将来利用电位技术监测隧道岩体稳定性及隧道施工安全提供了基础性研究结果.     

露天矿露井协调开采边坡变形破坏机理研究

露天矿开采诱发滑坡是采矿工程中经常出现的重大工程地质问题之一,矿区滑坡集普遍性、危害性和特殊性于一体。某露天矿采用露天与井工协调开采,其露天开采边坡的变形机理与稳定性研究对开采方案设计和地质灾害防治具有重要意义。本文采用FLAC数值计算方法,研究了某露天矿边坡变形破坏机理,确定了该露天矿南帮在应用露井协调开采下边坡变形破坏机理。结果表明,当露天开采后进行地下开采时,地下开挖对边坡岩体变形破裂过程的影响表现为岩体失效变形和结构破损进程的加剧,其煤层覆岩的变形破坏规律随着煤层埋深的增加以及边坡保护煤柱的缩短而变化,因地下回采所造成的边坡岩体偏态沉降的变形移动范围将进一步偏向边坡临空面方向一侧。     

基于格里菲斯强度的破裂区支反力研究

巷道开挖后会改变岩体的初始应力状态,围岩按变形状态可划分为塑性变形区和弹性变形区。但对于某些脆性岩体,尤其是其巷道周边的破裂区,由于受到较大的破坏,会有裂隙产生。在支反力pi的作用下虽保持稳定,但由于岩体内部存在许多随机分布的细微裂隙,岩体容易受拉破坏,更加适合用格里菲斯强度准则进行分析。在破裂区内,只要在支反力pi的作用下,围岩满足格里菲斯强度准则,巷道就不会破坏。同时,根据具体工程实例,只要巷道的最大变形量满足工程需要,根据相关参数,就可以得到巷道的最小支护力。     

岩体破裂变形过程中AE时序特征研究

对室内岩石声发射试验的事件率与应力关系曲线、事件时序分布进行了分析,研究了岩体破裂变形过程与声发射事件时序分布特征之间的相关规律。现场监测结果表明,岩体破裂变形过程中的声发射信号是随机的,非周期性的,随着地质环境等改变而改变;岩体声发射事件主频时序参数突变,由小突然增大,或是在连续增加时突然减少,都是临近破坏的征兆,可作为预测、预报岩体破裂失稳的依据。     

高原梯度带地区碎裂岩边坡的地震破坏过程分析

针对高原梯度带地区地震诱发碎裂岩边坡变形破坏问题,采用 UDEC软件对地震波４５°斜入射作用下碎裂岩边坡的破坏进行了数值模拟.结果表明,边坡的变形破坏可以分为３个阶段:在地震波作用下,坡顶处的裂隙首先发育并迅速发展,边坡上部岩体被结构面切割而损伤破裂,完整性差,开始出现局部滑动;随着裂隙扩展贯通至节理面处,形成控制性结构面,边坡整体稳定性迅速降低,坡顶岩体开始局部下滑;随着岩体破碎严重区域增加,坡面上岩块以滑坡和崩塌２种形式掉落,形成堆积体,滑动区域逐渐扩展至边坡中下部,直至整体失稳破坏.地震动荷载对边坡的影响区域可分为破坏区和损伤区,破坏区对地震的动力响应明显大于损伤区;坡角和结构面倾角对边坡的变形破坏特征也有影响,坡角、结构面倾角越大,边坡变形破坏越严重.     

基于统一强度理论的破裂围岩劣化弹塑性分析

基于深部岩体良好的塑性变形能力和高地应力下瞬时破坏特性,建立了适用深部岩体力学行为的弹塑脆性模型。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、理想塑性区和弹性区,同时考虑中间主应力和破裂区围岩弹性模量劣化的影响,采用统一强度理论进行非关联弹塑性分析,获得了围岩应力场和变形场的解析解。并通过补充围岩破坏条件获得了确定围岩破裂半径和塑性半径的解析式。最后结合算例,分析了中间主应力、破裂区围岩弹性模量劣化程度对破裂区范围和围岩变形的影响。     

岩体结构面调查及对采场稳定性的影响分析

岩体内部赋存的随机不连续面、结构面及软弱面等会降低岩体强度,减弱岩体的稳定性,开展岩体结构面的研究工作可为明确岩体力学参数、进行岩体稳定性分级与分区奠定基础。以昆阳磷矿二矿采场边坡岩体为背景,分别采用详细线观测法、极点密度图法、赤平极射投影图法等对岩体的结构面进行调查,并分析岩体结构面对采场边坡的稳定性影响。结果显示,该矿山采场边坡岩体的结构面较发育,大多为陡倾类型,且以闭合节理为主,结构面分布对采场的破坏方式主要是片帮和冒顶。     

不同倾角岩体结构面在循环动力扰动下的力学特性

为了研究大型硐室或边坡中不同倾角岩体结构面在动力扰动下的变形特征和破坏机理,采用微控电液伺服疲劳试验机对不同倾角结构面岩石进行不同振幅的周期性动力扰动力学试验,实验结果表明:动力扰动下结构面岩石试件发生破坏时产生大量的沿着轴向发展的竖向裂纹,随后结构面岩石试件碎裂成相对较薄的片状或条状碎屑,在宏观上表现出沿着结构面倾向膨胀;每次加、卸载的应力应变曲线都会形成一条封闭的滞后环曲线,且该曲线总体呈现出疏—密—疏3个阶段的特征;在结构面岩体倾角一定时,滞后环曲线的面积及岩体的变形模量随着扰动应力幅值的增大而增大,表明扰动振幅增加使得扰动岩石在每个循环周期中内部积聚更多可消耗的能量,用于矿物颗粒之间的黏滑消耗以及原有微裂纹的增生和新裂纹的产生,导致岩石达到破坏所需的累积不可逆变形总量会降低,劣化试件的抗载性能;当扰动应力幅值一定时,滞后环曲线的变化幅度随着结构面岩体倾角的逐渐增大而增大,岩体的变形模量随之减小,岩石的阻尼比呈现先减小,然后稳定,再增大的趋势,反映了岩石中裂隙从初始变形(空隙压密)到等速变形(微破裂稳定发展)到加速变形(裂隙贯通)后整体破坏的过程;结构面岩石试件发生破坏的扰动应力...     

金川露天矿F_2断层泥的破坏特征

断层物质在工程岩体中往往具有相当复杂的变形、破裂、破坏规律，断层物质各种变形成分偶合，各种破坏形式转换受许多因素的控制。因此要认识一个断层在工程岩体稳定性中的作用，在很大程度上依赖于这两方面的理解及规律性的揭示。本文从金川露天矿边坡Ｆ_２断层泥室内常规三轴压缩及蠕变实验破坏现象，探讨Ｆ_２断层泥在各因素影响下的破坏型式、破坏特征，以便有利于认识断层的地质模型及岩体力学模型     

浅析煤岩破裂产生的震动及探测技术

基于煤岩体脆性变形破坏特征,建立煤岩冲击破坏的弹塑脆性模型,分析了煤岩材料受载变形的稳定破坏和冲击破坏、冲击矿压发生的突发性和延时性,阐释煤岩产生破裂震动原理及现行的地音法、电磁辐射法探测技术的原理及其特征.     

金川露天矿F2断层泥的破坏特征

断层物质在工程岩体中往往具有相当复杂的变形，破裂、破坏规律，断层物质各种变形成分偶合，各种破坏形式转换受许多因素的控制，因此要认识一个断层在工程岩体稳定性中的作用，在很大程度是依赖于这两方面的理解及规律性的揭示。本文从金川露天矿边坡Ｆ２断层泥室内常规三轴压缩及蠕变实验破坏现象，探讨Ｆ２断层泥在各因素影响下的破坏型式、破坏特征。以便有利于认识断层的地质模型及岩体力学模型。     

边坡岩体应力与变形有限元计算分析

以北京首钢铁矿沙厂采区为例，对矿山整体边坡岩体进行了有限元计算分析，模拟了边坡岩体的变形位移、应力和应变变化过程。计算结果能定性分析边坡岩体的变形和破坏规律，为边坡破坏模式的确定提供依据。     

煤岩组合体力学模型及细观损伤过程的颗粒流分析

为了研究煤岩组合体变形破坏的问题,在工程体与地质体两体力学模型的基础上,总结分析了煤岩两体接触面的力学特性及煤岩两体力学模型的变形破坏过程;利用颗粒离散元程序PFC建立了煤岩组合体平行黏结数值模型,对单轴压缩过程中,组合体内部细观裂纹的生成和扩展过程进行了分析探讨。结果表明:由于煤岩交界面对煤体变形破坏的抑制作用,煤岩体的变形破坏过程是煤体先损伤破坏,岩体再损伤破裂,直至整体失稳破坏的渐进式破坏过程。     

破碎磷矿体力学特性及等效损伤规律研究

针对宜昌地区磷矿体破碎、节理裂隙发育等特点,进行多围压三轴压缩试验,建立三轴压缩等效耦合损伤变量模型,研究不同围压作用下破碎岩体压缩变形特性和损伤规律,揭示破碎岩体节理裂隙、围压大小、损伤特性、力学强度的相互影响关系。研究表明:围压的增加,可有效提高破碎岩体力学强度,并减小岩体损伤变量的谷值。在高围压作用下,破碎岩体应力应变曲线峰值处近似"折线状",峰值处呈脆性破坏,破坏后峰值强度迅速衰减;低围压作用下,峰值处岩石试样呈现弹塑性破坏,峰值强度衰减缓慢。     

基于声发射实验岩石破坏前兆特征研究

在单轴加载条件下,进行岩石破裂失稳全过程声发射实验研究,得到岩石破裂过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间的关系。选取累计AE数、AE能量释放率、震级-频度关系中的b值随时间的变化规律研究了岩石失稳破坏的前兆信息。结果表明：在初始加载阶段,声发射数量很少;在岩石弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,累计声发射数快速增加;声发射能量在岩石破裂过程中相当长的一段时间内保持低释放率,而在破坏前释放明显;在岩石失稳破坏前,b值出现快速下降现象,多数岩石试件声发射b值岩石破坏前下降到最低值。这些前兆特征可以为现场岩体声发射监测预报技术的应用提供依据,以提高岩体稳定性监测预报的准确率。     

深部高应力软岩巷道支护技术研究

为了克服深部高地应力作用下巷道围岩变形破坏严重的问题,以瓮福磷矿白岩矿区大塘矿段矿区深部运输巷道为工程背景,分析了巷道变形特征和变形影响因素,研究了黏聚力和内摩擦角对巷道围岩强度的影响。结果得出,黏聚力越大岩体塑性区半径和塑性区位移越小,内摩擦角值对岩体塑性区半径和塑性区位移影响较小;提出了“喷射混凝土+注浆锚杆+锚杆+注浆锚索+锚索”的“双拱协同”加固技术,并通过数值模拟和现场工业试验验证了加固技术的可行性,为解决类似工程难题提供了有效途径。