煤体弹模变化对应力波传播影响的模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA模拟了应力波在巷道围岩介质中的传播,分析了煤的弹性模量变化对应力波在巷道围岩传播的影响。研究表明:1应力波传播介质的材料属性对其传播有很大影响。随着煤的弹性模量的增加,同一位置应力波加速度幅值增加;2随着传播距离的增大,加速度幅值的总体变化均趋于减小,但是弹性模量大的介质中应力波加速度衰减的相对较慢。     

爆炸地震波沿深处传播的幅值特性分析

运用ANSYS/LS-DYNA有限元程序模拟了爆炸地震波沿深处传播的物理过程，得到了爆炸地震波沿深处传播的幅值特性。模拟结果表明，爆炸地震波在不同传播方向上引起的振动强度截然不同，从考察比距离大于8．7时的情况来看，沿地表方向的速度与加速度幅值均大于沿深处时的情况．沿地表的峰值速度与峰值加速度随比距离的衰减指数均比沿深处时的小。     

基于D-P准则巷道围岩力学响应特征分析

基于D-P准则对巷道围岩力学特征进行了不同侧压系数的弹塑性分析,与基于Mobr-Coulomb准则的计算结果进行了对比分析,并对不同侧压系数下巷道围岩开挖后的应力场、位移场、塑性变形区进行了数值模拟研究。结果表明:巷道围岩应力场、位移场、塑性变形区均呈对称性分布;侧压系数λ1时,随着λ的增大,应力峰值、应力集中程度、垂直位移量及垂直位移场的范围逐渐减小,巷道围岩塑性变形区亦逐渐减小。当0.1λ0.5时,巷道围岩应力和位移减小幅度较大,应力和位移对侧压系数的敏感性较大,当0.5λ1时,巷道围岩应力和位移减小幅度较小,应力和位移对侧压系数的敏感性较小。     

基于D-P准则巷道围岩力学响应特征分析

基于D-P准则对巷道围岩力学特征进行了不同侧压系数的弹塑性分析,与基于Mobr-Coulomb准则的计算结果进行了对比分析,并对不同侧压系数下巷道围岩开挖后的应力场、位移场、塑性变形区进行了数值模拟研究。结果表明:巷道围岩应力场、位移场、塑性变形区均呈对称性分布;侧压系数λ<1时,随着λ的增大,应力峰值、应力集中程度、垂直位移量及垂直位移场的范围逐渐减小,巷道围岩塑性变形区亦逐渐减小。当0.1<λ<0.5时,巷道围岩应力和位移减小幅度较大,应力和位移对侧压系数的敏感性较大,当0.5<λ<1时,巷道围岩应力和位移减小幅度较小,应力和位移对侧压系数的敏感性较小。     

轴向静载荷作用下变截面红砂岩应力波衰减特性试验研究

基于动静组合加载试验装置,对变截面红砂岩试件进行应力波传播试验,研究轴向静应力对应力波波形、幅值衰减和频率相关性的影响。结果表明:当无轴向静应力时,应力波均为压缩波,而随着轴向静应力的增加,卸载段尾部出现了拉伸波;对于同一测点,随着轴向静应力增加,波宽逐渐变窄;在相同的轴向静应力增量下,随着传播距离的增加,幅值变化量逐渐减小;应力波幅值随传播距离的增加呈指数形式衰减,其幅值空间响应强度、空间衰减系数随着轴向静应力的增加而逐渐减小,减小速率逐渐变慢;应力波信号的能量主要集中在低频范围内,低频波受静应力的影响更为明显。     

爆破地震波特性研究

结合现场爆破震动信号,从爆破地震波的传播形式、传播方式、波的特征、波的衰减吸收及传播介质的力学模型等方面分析了爆破地震波特性。结果表明：爆破地震波是一种与自然地震波相似但又相区别的非常复杂的随机过程,它是不同幅值、不同频率与不同相位的各种波型叠加而成的复合波。爆破地震波在传播过程中会发生多次反射、折射、绕射、衍射、波型转换甚至波导、层间波等复杂现象,传播过程中波的有关参数和时频特征常与爆源条件、传播介质的物理性质、场地特征及地形等因素紧密相关。地震波在发生几何衰减的同时,还因粘弹性介质的内摩擦和热传导导致能量耗散,使得波能不断衰减。     

矿震动载对围岩的冲击破坏效应

分析了矿震激发震动波能量的传播模式、衰减特征及动态应力降大小,并基于能量和刚度理论,分析了动静载组合作用下巷道煤体的冲击破坏机理。研究表明,矿震震动能量的传播衰减特征主要依赖于能量几何扩散、传播岩体介质的阻尼衰减,以及矿震震源的震动位移场和能量辐射特征的综合影响。矿震动载传播至采场或巷道围岩时,分别与煤岩系统的静态应力（能量）场进行能量标量和应力矢量叠加。矿震动载的能量叠加可使煤岩系统聚集的能量增加,而应力叠加使系统内煤体变形破坏做功所消耗的能量减小,从而使系统聚集和消耗的“差能”增加。系统可释放的“差能”越多,煤体失稳的可能性越大,当动静载组合作用下煤岩系统同时满足冲击矿压发生的能量和刚度条件时,煤层发生动态冲击破坏。     

渗流作用下非均匀应力场巷道围岩稳定性分析

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用弹塑性理论,分析了非均匀应力场圆形巷道围岩的力学性态,推导出了非均匀应力场下圆形巷道弹塑性的解析解,基于Mo-hr-Coulumb强度准则,得出了渗流作用下巷道围岩的塑性区边界线方程,并通过具体实例,对比分析了当λ=0.5时渗流作用对应力场的径向应力与切向应力在巷道两帮和顶底板的分布情况。研究表明,考虑渗流作用,对应力场的影响作用更为显著。     

对称介质中陷落柱槽波地震波场响应特征研究

华北型石炭二叠系煤田中陷落柱较发育，通常会破坏地层的完整性，在孕育发展过程改变了围岩的力学特性和声学特征；通过岩石单轴加载条件下波速测试，获得岩石加载塑性变形前波速与应力的关系；基于物性参数测试结果建立三层对称均匀介质的数值计算模型，采用有限差分法对弹性波动方程进行全波场正演模拟，并在模型中部设置陷落柱，获得波场快照、地震波记录及频散曲线，采用速度和能量衰减系数CT分析法对槽波地震波场进行反演，研究了不同陷落柱物性参数及观测系统布置参数对反演结果的影响。结果表明：地震波场随着传播距离的增大而减弱，遇到陷落柱时槽波信号明显减弱甚至消失；陷落柱波速大于围岩或小于煤层时，形成明显的绕射槽波，Airy相发生跳动现象；陷落柱波速小于煤层时表现为低速异常，而低速或高速的陷落柱均产生明显的能量衰减异常；现场观测系统布置时炮间距和道间距可选为20 m。     

基于霍克-布朗准则的巷道围岩塑性区估计

 为了研究巷道开挖后巷道围岩的塑性区分布规律,首先分析巷道围岩的应力分布特征,在计算出围岩应力的基础上,依据霍克—布朗强度准则推导出圆形巷道围岩的弹塑性分界限。本文通过理论计算得出在不同侧压力、不同地应力、不同m值、不同s值情况下巷道围岩的塑性区,并通过数值模拟进行对比,分析得出巷道塑性区的演化规律,对实际工程有一定的指导作用。     

竖向排列隧道的地震响应分析

建立了均质竖向排列隧道模型,对模型输入koyna地震波,研究竖向排列隧道的动力力学响应特征。分析结果表明,地震对竖向排列隧道的影响非常明显,最大应力的出现时间与地震波加速度峰值时间一致,且最大主应力增幅不大,不会对隧道造成损害;地震对隧道的破坏主要体现在拉应力方面,地震情况下的拉应力已经超过了围岩的抗拉强度,抗拉设计是抗震设计的重点。这个研究有利于类似工程的抗震设计。     

隧道掘进爆破的损伤机理与振动危害

基于岩石在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理,对隧道掘进爆破对围岩的损伤与危害作用、爆破地震效应和安全判据标准进行了理论和实验研究.通过对渝怀铁路圆梁山岩溶隧道、青藏铁路风火山高原冻土隧道等掘进爆破中的爆破地震波的监测和分析,确定了隧道掘进爆破的安全判据和技术标准.     

CO2集中力源的地震波场特征及应用

CO₂震源通过调节泄压头的出气口控制激发方向,实现集中力源的定向激发,克服了传统震源激发方向不可控的难题,然而CO₂集中力源在煤层中激发的三维波场特征尚未揭示。基于此,笔者通过三维数值模拟、物理分析、现场试验对CO₂集中力源进行研究,结果表明:不同集中力源在煤层中激发的地震波场差异显著,通过力学机制分析了均匀模型及煤-岩-煤模型X方向集中力源下多分量不同方向纵波、横波及槽波振幅差异特性,研究了煤层界面对地震波传播的影响机制,进一步解释了煤层内部激发X方向集中力源加载下体波、槽波的波场特征和传播机理。研究发现X方向集中力源在X分量中沿着震源位置的Y方向槽波振幅最强,Y方向集中力源在Y分量中沿着震源位置的X方向槽波振幅最强,Z方向集中力源的Z分量槽波振幅强。因此,X方向集中力源适合回采工作面Love型槽波透射探测,Y方向集中力源适合掘进工作面Love型槽波超前探测,Z方向集中力源适合Rayleigh型槽波勘探。利用X方向集中力源进行了面内透射试验,对多组CO₂集中力源激发多道接收的地震记录进行了槽波能量衰减成像,探钻对比结果验证了CO₂集中力源地震成像结果的可靠性。下一步重点围绕CO₂震源多类型激发条件下的多波多分量地震波场特征开展研究。     

萨热克铜矿采场爆破对相邻采场的影响

地下矿山采场爆破对相邻采场围岩的稳定性造成扰动是不可避免的,当爆破单段起爆药量过大时,采场容易出现片帮或冒顶。因此研究地下采场回采时爆破振动对相邻采场的影响,从而保证地下采场的安全和稳定是很有必要的。结合新疆萨热克铜矿生产情况,采用现场爆破振动测试和数值模拟分析相结合的方法研究萨热克铜矿地下采场爆破振动对相邻采场围岩的影响,利用萨道夫斯基经验公式对测试数据回归分析,得出地震波传播衰减公式。数值模拟研究爆破过程中邻近洞室的质点振动速度特点,相邻采场洞壁动应力分布规律以及爆破动应力与振动速度的关系。     

节理岩体中爆炸应力波传播规律的研究

为了研究爆炸应力波在岩体中的传播过程,建立了基于ABAQUS/EXPLICIT的有限元数值模型,采用ricker子波作为爆炸场源,并将得到的数值结果与现有文献相比较,充分说明了采用ricker子波作为爆炸源模拟爆炸应力波传播问题的可行性。研究结果表明：炸药起爆后,按照时间顺序,岩体中先后呈现3种应力状态,即径向压应力与环向压应力形成的复合压剪应力场、径向拉应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场、径向压应力与环向拉应力形成的复合拉剪应力场。爆炸应力波在节理两端产生的反射波和衍射波与爆炸应力波的相互叠加使节理两端的应力显著增强,并最终促使爆生翼裂纹从节理两端起裂扩展。     

单轴压缩过程砂岩破坏特性研究

岩体灾害孕育过程中引起的岩体变形、破坏,会改变岩体的声学特征,在工程中可通过观测声波在岩石内部传播变化判别岩石的稳定性和承载状况.为了确定砂岩裂纹扩展不同阶段声波传播规律与破坏模式,通过声波监测装置及岩石破裂全过程分析系统RFPA2D研究单轴压缩下砂岩在不同应力水平下波速变化及破坏模式.结果表明:砂岩在进入弹性加载阶段...     

纵波模式下的煤岩体动态响应特性与损伤机理

以圆柱煤岩体为研究对象,基于纵波的传播特征与波动控制方程,得出了纵波传播的频率方程,建立了纵波模式下位移、应变、应力、振速与能量动态力学计算模型。仿真计算结果表明:低阶纵波模式下,圆柱煤岩体中应力波的振动较为平缓,可近似认为是准静力载荷作用,煤岩体以剪切破坏为主,而且初始破坏位置主要分布在圆柱煤岩体底面(作用面)且临近表面的区域。高阶纵波模式下,沿圆柱煤岩体径向方向,位移、应变、应力、振速及能量的振动幅值均随着半径无量纲的增大呈现出衰减趋势,大致符合幂函数关系;剪切应力、应变振幅的极值最大,能量衰减速度最快;而且值得注意的是径向、轴向应力/应变振动幅值随着半径无量纲增大逐渐趋于一致,而且方向趋于相反。由此分析可知:圆柱煤岩体在无围压条件下易发生脆性劈裂破坏,主要由拉应力导致;在有围压条件下易发生近似圆锥形破坏,主要属于拉剪破坏;圆柱煤岩体底面(作用面)圆心处的位移、应变、应力、振速及能量动态变化幅值均最大,因此煤岩体损伤破坏的初始位置应为此圆心处。     

微震初至波在岩层中的传播路径研究

为了合理解释微震初至波在岩层中传播路径,提高微震监测系统的监测精度,从现场微震波传播异常现象出发,利用地震波基础理论,分别以微震初至波在单一岩层和过岩层分界面的传播方式及路径建立了模型,着重分析了过岩层分界面时,震源与拾震器位于同一岩层中以及位于不同岩层中微震初至波的传播路径。在此基础上,优化了微震监测系统拾震器的布置原则,通过现场校检,微震监测系统水平方向定位误差由优化前的37郾 5 m降到5郾 7 m,垂直方向定位误差由33郾 4 m降低到3郾 0 m,一定程度上解决了微震波传播异常现象。     

基于FLAC3D对某双隧道地压及围岩破坏分析

运用FLAC3D数值模拟软件,依据TSP隧道地震勘探法检测得到的某双隧道的地质条件和围岩各项参数,对开挖过程中的某双隧道进行模拟,从而得出在开挖阶段应力、位移和塑性的变化规律。