分级加卸载条件下岩石的弹塑性流变特性

利用RMT-150C微机控制电液伺服岩石力学试验机测定了三岔河矿区顶板粉砂岩的各项物理力学指标;采用分级加卸载的方式在RYL-600岩石剪切流变试验仪上进行了一系列的岩石流变试验;分析试验数据,发现该区岩石具有弹性-粘性-粘弹性的流变特性,总结岩石流变特性,对其流变模型进行辨识,发现岩石的流变特性与伯格斯模型性质很相似;利用伯格斯模型对该区岩石的流变特性展开研究,求取了不同应力水平下伯格斯流变模型各项参数,利用伯格斯方程拟合得出岩石的流变理论曲线,理论曲线和实际试验数据吻合较好,说明伯格斯模型能较好地反映三岔河矿区顶板粉砂岩的流变特性.     

一种软岩结构面流变的新力学模型

软岩结构面的蠕变过程存在着表面粗糙突起阻滞作用和摩擦阻滞作用两种机制。前者在蠕变变形的初期阶段占主导，后者在粗糙突起被剪断后占主导。当外界应力水平较低时，其蠕变只表现为衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段；当外界应力水平增加到足以克服摩擦阻滞作用时，蠕变加速破坏便会直接突发。为了对其进行全面描述，本文提出采用一种带质量粘缸（NN）和经验塑性体（EM）与传统的塑性体（S）、线性粘缸（N）、Kelvin体和虎克体（H）组合，得到了一种新的复合流变力学模型。有关分析计算表明，该模型能真实反映软岩结构面蠕变的实际，可在工程实践中推广应用。     

基于流变模型的软岩巷道补强支护计算及数值模拟

针对渭北矿区软岩巷道后期持续不断的变形问题,提出U型钢支架补强支护方案,采用理论计算和数值模拟的方法对补强支护强度参数及支护效果进行研究。首先对该巷道主要围岩岩层进行了物理力学参数的测试,初步得知该巷道围岩属于膨胀性低强度软岩,具有很强的流变特性。巷道在初次支护后其后期变形主要为流变变形,以此为补强支护对象,进行基于流变模型的补强支护强度计算。最后采用FLAC3D数值模拟软件对补强支护效果进行分析,证明了该补强支护方案的合理性及有效性。     

软岩巷道围岩流变与支护相互作用

文章探讨了巷道围岩的流变特性，并据此阐述正确判定支护压力和合理选择支护参数的方法，以及合理支护工作时间     

软岩巷道流变破坏机理与合理支护时间的确定

根据岩石流变学原理,对软岩巷道围岩破坏机理进行定性地分析,运用Ｂｕｒｇｅｒｓ流变模型引入损伤变量,对圆形巷道粘弹性流变破坏规律进行定量的研究,提出了软岩巷道合理支护时间的确定方法。     

一种软岩结构面流变的新力学模型

软岩结构面的蠕变过程存在着表面粗糙突起阻滞作用和摩擦阻滞作用两种机制。前者在蠕变变形的初期阶段占主导,后者在粗糙突起被剪断后占主导。当外界应力水平较低时,其蠕变只表现为衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段;当外界应力水平增加到足以克服摩擦阻滞作用时,蠕变加速破坏便会直接突发。为了对其进行全面描述,本文提出采用一种带质量粘缸(NN)和经验塑性体(EM)与传统的塑性体(S)、线性粘缸(N)、Kelvin体和虎克体(H)组合,得到了一种新的复合流变力学模型。有关分析计算表明,该模型能真实反映软岩结构面蠕变的实际,可在工程实践中推广应用。     

软岩巷道流变稳定性研究

试验得出了软质页岩最大屈服应变,对软岩巷道变形进行了监测,用流变理论和物质描述有限元方法,研究了软岩巷道变形规律.经对比分析表明,数值模拟结果能精确预测软岩巷道的变形.根据分析结果,确定了二次复喷时间,预测了软岩巷道的稳定性.     

高应力富节理软岩支护技术研究

通过对高应力富节理软岩巷道破坏分析及支护技术应用分析，对不同条件的软岩巷道进行了支护偿试，并选择适当的软岩支护方法，以满足生产的需要。     

软岩巷道围岩流变与支护相互作用

文章探讨了巷道围岩的流变特性，并据此阐述正确判定支护压力和合理选择支护参数的方法，以及合理支护工作时间。     

车集煤矿井底卸载站硐室软岩支护技术

根据车集煤矿井底车场软岩巷道支护的实践和对软岩特征的分析 ,制定了井底卸载站硐室支护方案。按此方案施工取得了较理想的效果。     

基于加卸载响应比的载荷岩石动力学特征试验研究

利用单轴循环加卸载扰动试验,在不同应力水平对岩石试件施加幅度较小、周期较短的循环扰动荷载,得到试件在不同应力条件下扰动时的应力-应变状态,同时利用声发射监测设备对加卸载过程中试件内部损伤演化过程进行记录.试验显示,加卸载响应比值Y的变化特性与岩体所处的应力状态及其稳定程度相关,当荷载水平较低时,加卸载响应比值Y接近于1,试件比较稳定;而当荷载水平较高,接近试件破坏的临界状态时,加卸载响应比值会急剧增加,所以可以用加卸载响应比理论定量地分析岩石试件损伤演化过程,为扰动致灾动力学机理、诱发模式及预测预报提供试验基础.     

Creep characteristic simulation of deep soft rock roadway and long-term mechanical analysis of lining support

By the generalized Kelvin creep model, rheological characteristics of deep soft rock and long-term mechanical behaviors of support structures were simulated. Mechanical deformation characteristics of support structures under different lining circumstances were also analyzed on the basis of deducing the relationship between the generalized Kelvin creep model and implicit creep equations in ANSYS FEM software. The results show that high stress of deep tunnels is the main factor in creep damage; the surrounding rock’s deformation binding effect due to lining increases as the thickness increases but the effect becomes very weak when it increases to a certain value; contact pressure on the lining decreases as its thickness decreases. Supported by Open Foundation Project of Education Ministry Key Laboratory about Mine Disaster Prevention and Control (MDPC0811); Research Project “Spring Bud Plan” of Shandong University of Science and Technology; Shandong University of Science and Technology Innovation Fund Grant (yca2008-04-01).     

盐岩蠕变特性及其非线性本构模型

为了研究盐岩的蠕变特性,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了三轴压缩分级加载蠕变试验。试验结果表明:在围压一定的情况下,随着轴向应力增大,盐岩瞬时应变、蠕变应变以及蠕变速率等均随之增大,同时进入稳态蠕变阶段所需要的时间逐渐延长;等时应力-应变曲线显示,盐岩蠕变具有非线性特征,且其非线性程度与蠕变时间和应力水平有关,蠕变时间越长、应力水平越高,非线性程度越高。基于非线性流变力学理论,提出了一种非线性黏滞体,其黏滞系数是所加应力水平和蠕变时间的函数,将非线性黏滞体替换常规Burgers模型中的线性黏滞体,建立了可描述盐岩非线性蠕变特性的MBurgers模型,并根据盐岩蠕变试验结果,采用曲线拟合法对MBurgers模型的参数进行了反演识别。拟合曲线和试验曲线对比显示,两者吻合良好,误差较小,说明该模型可以描述盐岩的蠕变特性。     

动静载荷作用下片麻岩蠕变实验及非线性扰动蠕变模型

深部巷道围岩应力状态处于岩石强度极限邻域内,围岩会产生较大的蠕变变形,特别是深部扰动荷载对巷道围岩蠕变变形的影响更为敏感。为了研究深部岩石在扰动载荷作用下的岩石非线性蠕变特性和蠕变扰动效应,利用自行研制的岩石三轴扰动蠕变试验台,以片麻岩为岩石试样,采用分级加载方式,开展静载轴压、不同扰动幅值、不同扰动频率作用下的岩石单轴压缩扰动蠕变试验,得到扰动载荷对岩石蠕变特性的影响。试验结果表明:轴压是岩石蠕变变形的主导因素,随着轴压的增加,岩石蠕变变形量逐渐增大;岩石蠕变变形量随着扰动幅值和扰动频率的增加而增大,在相同轴压和作用时间的情况下,扰动幅值对岩石蠕变变形比扰动频率明显;在相同的扰动条件下,随着轴压的增大,岩石蠕变破坏受扰动作用影响越大,当轴压大于40 MPa时,岩石蠕变受扰动影响敏感度越高;每次扰动加载后,岩石蠕变应变量出现台阶式突增,同时蠕变曲线也出现陡突现象,随着扰动幅值和扰动频率的增大,突变值越大。以试验结果分析为依据,引入非线性黏塑性扰动蠕变元件和损伤原件,并与Burgers串联,建立了岩石非线性扰动蠕变损伤复合模型。采用基于模式搜索的改进的非线性最小二乘法反演蠕变参数,并将蠕变方程计算结果与实验结果进行拟合,效果良好。     

含贯通-非贯通交叉节理岩体等效弹性模型及强度特性

基于等效弹性模型的方法,构建综合考虑含贯通-非贯通交叉节理岩体宏细观缺陷的复合损伤模型。首先,将贯通节理部分看成一定厚度的独立材料,其主要产生闭合变形及沿节理面的剪切变形,其储存弹性应变能及剪切应变能;其次,基于断裂力学及应变能理论相结合,将交叉节理中的非贯通节理岩体部分看成岩体内部宏观损伤,对节理尖端的应力强度因子进行了计算,推导得出了储存在非贯通节理中的应变能计算公式,并将岩体内部的细观损伤按Weibull分布描述,建立综合考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型;再次,对交叉节理岩体的强度准则进行了讨论,构建考虑交叉节理不同强度准则的等效弹性模型;最后,将计算结果与试验结果进行了比较分析,模型计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的合理性,同时讨论了贯通节理倾角、非贯通节理倾角对岩体峰值强度及破坏准则的影响,以及非贯通节理贯通率对初始损伤变量影响规律。     

露天矿高陡边坡软岩蠕变-大变形试验及本构模型

为探寻露天矿高陡边坡软岩蠕变-大变形规律,开展了软岩常规压缩、峰值前压缩蠕变和峰值后压缩蠕变等试验。试验结果显示:软岩常规应力-应变曲线表现出了明显的弹脆塑性向弹塑性转化的趋势,由于软岩的强度较低,该现象更加明显;软岩蠕应变对围压的敏感度较高,峰值前低围压时弱层软岩的蠕应变由2.5%增大到14.5%,说明软岩在低围压、高应力作用下具有典型的大变形特征;峰值后弱层软岩的蠕应变变化较小,说明其峰值后蠕变特性不稳定;峰值前的黏滞系数受围压的影响大,随着围压的增大,K体与M体的黏滞系数逐渐减小;围压对峰值后的黏滞系数影响较小,但对K体黏滞系数影响的要较M体的大,软岩会由弹性阶段向塑性阶段转化。在试验研究的基础上,建立了软岩BNSS蠕变-大变形本构模型。     

不同瓦斯压力下煤岩三轴加载时蠕变规律及模型

岩石蠕变模型众多,其适用性及优缺点亟待总结,而且低瓦斯压力与煤岩蠕变间的关系尚不确定,为此,进行了低瓦斯压力下分级加载轴压时型煤蠕变实验。结果发现,随着瓦斯压力增大,型煤轴向应变增大,说明煤岩蠕变与瓦斯压力呈正相关。利用实验数据检验常见蠕变模型时发现经验函数(幂函数、指数函数、多项式等)均存在缺陷,只能拟合衰减蠕变或非衰减蠕变中的一种;Burgers模型及其改进模型均存在不足,西原模型不适用于非衰减蠕变,西原加速模型适用于砂岩,用于拟合煤岩非衰减蠕变时存在滞后性。经过优化后得到改进的西原加速模型,经证明其可靠性强。另外,提出了蠕变拐点的观点,岩石发生非衰减蠕变是蠕变曲线上至少存在1个蠕变拐点的充要条件。这不仅完善了蠕变的数学理论,而且能为预防岩石失稳破坏等工程实践提供借鉴。     

富水软岩的蠕变特性实验及非线性剪切蠕变模型研究

富水软岩巷道变形速度快,变形量大,巷道支护困难,建立描述该类软岩特性的流变模型是解决该问题的关键。通过不同含水率软岩的直剪蠕变试验表明:在同一剪应力水平下,随着含水率的上升,软岩瞬时弹性模量、极限变形模量和黏滞系数将下降,蠕变速率先增大后减小,加速蠕变的破坏时间缩短;在同一含水率条件下,随着剪切应力的增加,软岩瞬时剪切位移量、蠕变变形量和衰减蠕变段的曲率半径都逐渐增大。依据含水软岩蠕变的非线性特征,建立了能够描述含水软岩蠕变特性的非线性剪切流变模型,基于BFGS算法和通用全局优化法对模型参数进行识别,识别结果与试验曲线吻合较好,表明所建模型的正确性和合理性,该成果可为深部复杂地质力学环境下的富水软岩巷道稳定性研究提供参考。     

非均布荷载条件下煤与瓦斯突出模拟实验

使用大型煤与瓦斯突出模拟实验装置,模拟不同集中应力区应力水平条件下的型煤试件的煤与瓦斯突出,探索集中应力区应力水平对煤与瓦斯突出特性的影响规律.通过对实验结果的分析,认为应力集中区应力水平的变化对煤与瓦斯突出有着重要的影响作用,具体表现在：随着集中应力区应力值的增加,煤与瓦斯突出的强度增加,抛出的煤体被破碎的效果也更为明显,而且突出后煤体的温度降低量也越大;另外,集中应力区应力水平对突出孔洞与煤层的夹角也有一定的影响作用。