基于模糊数学的岩体力学参数折减方法

为评价柿竹园多金属矿地下露天协同开采后的边坡稳定性，需要全面了解边坡的地质情况与岩石力学参数。通过开展单轴抗压强度试验、劈裂拉伸试验、剪切试验，测量出标准试件力学特性参数，包括抗压强度、抗拉强度、剪切强度及内聚力、内摩擦角、弹性模量等。针对传统岩体参数折算的主观性和模糊性问题，采用基于室内岩石样本试验和工程地质资料相结合的模糊数学法进行折减，得到了可用于实际工程分析和建模计算的较为合理、准确的岩石力学参数。     

帕鲁特金矿岩石抗压性能研究

帕鲁特金矿即将进入深部开采阶段,开展深部岩石力学性能研究十分必要。采用RQD值调查法和抗压性能试验对其岩体性能开展研究。结果表明：岩体RQD值普遍小于50%,岩体质量相对较差。矿体的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量均高于上、下盘围岩,其中,矿体单轴抗压强度达到上、下盘围岩单轴抗压强度的2倍,岩石的破坏模式以脆性破坏为主,在工程实际中应当注重对上、下盘围岩的支护工作。     

露天矿预裂爆破对边坡的损伤研究

基于质点振速对岩体损伤的判据,利用Tc-4850爆破振动测试仪,对某大型露天铜矿的预裂爆破荷载作用下产生的边坡损伤效应进行了现场试验研究。研究表明:预裂爆破对高陡边坡的影响深度为0.45-0.75m;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度减小,累积损伤效应逐渐变得不明显;水平和垂直方向测试结果存在着较大的差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。测试结果为进一步进行岩体力学参数的研究和高陡边坡的稳定性分析提供了参考依据。     

温度影响下花岗岩宏、细观力学性质演化规律

在地下工程中,温度变化对岩体力学性质有着极大的影响,而宏观力学性质与细观微裂隙发育损伤密不可分。为探究在温度循环条件下岩石细观损伤机理与宏观力学性质之间的关系,对花岗岩进行不同温度下的高温水冷循环试验,并采用低场核磁系统进行细观孔隙参数检测,同时开展了单轴抗压强度试验。结果表明：（1）温度的上升和循环次数的增加均会导致花岗岩弹性模量和单轴抗压强度力学性质的降低,400℃是花岗岩性质变化的临界点;（2）核磁检测可以获取试件的孔隙分布参数,由该参数及试件宏观性质变化可以得出,200～600℃时温度循环所引起的细观损伤规律有明显差异;（3）花岗岩损伤值随着温度的升高而升高,但温度循环引起的多次损伤随温度的升高呈现出先增加后减小的趋势。微裂隙尺度、含量与试件单轴强度、应变的相关性分别为-0.943和0.935。     

大顶铁矿露天采场边坡稳定性分析与优化设计

针对大顶铁矿露天采场边坡岩体强度低、稳定性差的特点,在系统的现场工程地质、水文地质、岩体结构与岩性分布调查和岩石物理力学性质试验基础上,采用符合现代岩石力学原理的数值模拟和极限平衡相结合的方法,进行边坡稳定性和设计优化研究,并推荐了该矿的边坡设计方案.总体边坡角比原设计平均提高3°以上.      

基于XGBoost模型岩体可爆性研究

岩体可爆性是衡量岩体爆破难易程度的一个重要指标,准确对岩体可爆性评价能够为合理爆破设计提供依据。选取岩石密度、单轴抗压强度、岩石抗拉强度、岩石脆性指数、动载强度和完整性系数等作为岩体可爆性数据集的指标,采用Z-Score方法标准化岩体可爆性数据集,消除量纲对模型预测影响,分别采用朴素贝叶斯、支持向量机和XGBoost模型进行岩体可爆性分级,结果表明：采用XGBoost模型能够准确评价岩体的可爆性,为岩体可爆性评价提供一种新的方法。     

岩体分类法确定岩体宏观力学参数

采用地质力学分类法(RMR）和霍克—布朗(Hoek-Brown)强度准则来确定岩体宏观力学参数。不依靠代价昂贵的现场试验，通过室内岩石试件的物理力学参数与现场观测到的岩体结构结合起来，得到岩体的等效力学参数，易使工程设计人员掌握和应用。     

矿物组分分布对花岗岩力学性质影响的PFC模拟分析

岩石矿物组分及微构造的非均质性是岩石力学参数离散性的根源,是引起岩石力学性质各向异性的本质所在。因岩石力学试验是破坏性试验,岩石力学性质的各向异性室内测定是困难的。为了研究岩石力学性质的各向异性特征,鉴于同一岩样,在不同加载方向上,其组分分布特征不同的事实,借助颗粒离散元数值模拟软件PFC(Particle Flow Code)试验可重复性的优势,在保证矿物组分含量相同的情况下,通过改变矿物分布实现各向异性的力学试验。试验结果表明6组模型的单轴抗压强度值有较大的差别,最大相差20.4 MPa,充分说明在加载方向上矿物组分分布不同,模型的单轴抗压强度值及其破坏形式亦不同,该方法为研究岩石力学性质的各向异性特征提供一条新途径。     

白云鄂博西矿岩石可钻性试验研究

岩石可钻性分级是矿山合理组织生产、提高劳动工效的重要指标,采用正确的岩石可钻性分级方法进行分级是露天开采矿山迫切需要的。针对白云鄂博西矿分布复杂、变质化的火成岩进行了全范围有代表性的取样及物理力学特性试验;开展了牙轮钻穿凿各种岩体的现场测试。研究结果表明,矿岩的可钻性与物理力学特性具有很好的相关性。     

不同粒径胶结类岩石材料损伤模型研究

为研究岩石损伤特性与矿物颗粒之间的关系,对三种不同粒径石英砂组成的类岩石材料进行单轴压缩试验,分析类岩石材料力学特性;基于等价应变原理,建立不同粒径类岩石材料损伤本构方程,分析各粒径类岩石材料破裂过程损伤演化特性。研究结果表明:理论损伤本构方程和试验结果基本吻合。在0.1~1 mm粒径范围内,类岩石材料的单轴抗压强度、峰值变形比能与其内部粒径大小组成具有一定的关系:粒径越大,单轴抗压强度和峰值变形比能越小;试样在单轴压缩过程中,粒径越大,峰值应力前损伤值越大,峰值应力后粒径越小,损伤值增长越快,破坏越突然。     

Characterization of Strength and Deformation of Jointed Rock Mass Based on Statistical Analysis

This paper deals with the statistical analysis of the uniaxial compressive strength and of the elastic modulus of jointed rock masses under different confining pressures. Properties of the rock masses with different joint fabric, with and without gouge have been considered in the analysis. A large amount of experimental data of jointed rock masses from the literature has been compiled and used for this statistical analysis. The uniaxial compressive strength of a rock mass has been represented in a nondimensional form as the ratio of the compressive strength of the jointed rock to the intact rock. In the case of the elastic modulus, the ratio of elastic modulus of jointed rock to that of intact rock at different confining pressures is used in the analysis. The effect of the joints in the rock mass is taken into account by a joint factor. The joint factor is defined as a function of joint frequency, joint orientation, and joint strength. Several empirical relationships between the strength and deformation properties of jointed rock and the joint factor have been arrived at via statistical analysis of the experimental data. A comparative study of these relationships is presented. The effect of confining pressure on the elastic modulus of the jointed rock mass is also considered in the analysis. These empirical relationships are incorporated in a nonlinear FEM code to carryout the equivalent continuum analysis of jointed rock masses. The method presented in this paper recognizes that the jointed rock mass will act both as an elastic material and a discontinuous mass. The results obtained by the model with equivalent properties of the jointed rock mass predict fairly well the behavior of jointed rock mass.     

单轴荷载下裂隙岩体超声波传播速度研究

从断裂力学的理论出发,分析了弹性波在裂隙岩体介质中的传播特征;以裂隙岩体的裂隙密度参数在单轴加卸载过程中的不同表达式为基础,建立了裂隙岩体在单轴循环加载过程中各个阶段裂纹重分布后超声波波速的理论公式;同时采用声波实验和单轴循环加载实验相结合的方法,以山东某矿勘探区岩体为试验对象,对取自该矿区的岩样进行了实验。实验结果与理论模型计算结果基本一致,说明对于具有一定分布规律的裂隙岩体介质,弹性波在其中传播的速度可以通过裂隙岩体的裂隙密度参数求解得到。     

冲击荷载对具有轴向静应力红砂岩应力波传播速度的影响特性

岩体工程爆破开挖时,距爆源不同距离处的围岩体承受不同大小的冲击荷载和地应力。为研究冲击荷载和地应力对岩石应力波传播速度的影响,利用改进SHPB试验装置对红砂岩进行应力波传播试验,设置7个等级的轴向静应力和冲击速度,分别模拟工程中的地应力和冲击荷载大小。基于试验得到入射波和透射波起跳点的时间差,计算岩石的应力波传播速度,得到静应力和冲击速度对应力波传播速度的影响规律。构建岩石应力波传播速度与冲击速度的关系经验模型,探索拟合参数随轴向静应力的变化规律。通过测量冲击试验后岩石的声波波速,得到受载后岩石声波波速随冲击速度的变化规律,探究动载荷对岩石应力波传播速度的影响机理。研究结果表明,具有轴向静应力岩石的应力波传播速度随冲击速度的增加先增大后减小,二者呈高斯函数的变化关系。轴向静应力显著影响应力波传播速度与冲击速度的变化关系,各个拟合参数随着轴向静应力的增大呈现不同的变化趋势。在不同的轴向静应力工况下,受载后岩石的声波波速随着冲击速度的增大呈现“平缓减小—急剧减小”的变化趋势。研究结果有助于分析深部工程岩体爆破开挖应力波的传播规律以及邻近结构的稳定性分析。     

红砂岩单轴压缩试验的率效应研究

利用MTS 322试验机对均质红砂岩进行了低加载（应变）率范围内不同量级的单轴压缩试验，考察了加载率对压缩强度、切线弹模和破坏应变的率效应影响规律。试验过程中采用位移控制加载，对应的加载量级分别为0.12，1.2，12，120 mm/min。研究结果表明：位移控制加载率与试样实际加载率、应变率之间均存在良好的线性关系。不同加载速率下岩石材料的单轴压缩强度、切线弹模随着加载率的增加呈现增加趋势，单轴压缩强度增加了11%，切线弹模增加了13%，率效应显著。通过试验数据发现，破坏应变与应变率（加载率）之间无相关性，不具有率效应规律，故强度准则应该是应力准则而不是应变准则。     

频繁生产爆破加载下饱水岩体累积损伤效应声波测试研究

随着矿山生产爆破的持续进行,爆破对工程岩体造成的损伤存在一个不断累积的过程,当累积超过其承受极限时,将造成边坡滑坡等失稳破坏。采用现场声波测试方法,以声波波速变化表征岩体损伤度,结合LS-DYNA动力有限元数值建模,对矿山频繁爆破加载下饱水岩体累积损伤特性进行试验研究。结果表明：频繁爆破加载作用下,节理裂隙较发育的工程岩体受到的损伤存在不断积累的过程。由于岩体的饱水状态,前期的爆破次序中岩体出现损伤的现象极少。随着爆破的持续,岩体出现损伤破坏的现象逐渐增多,且大多为损伤度的突变剧增;饱水岩体表征的损伤阈值应小于0.19,实际发生损伤的现象应比测试结果更多;工程岩体受到频繁爆破加载作用下的累积损伤主要表现为原生裂隙的持续扩张及相互贯通,且岩体裂隙在含水情况下更容易发生破坏贯通。     

基于小波的某矿爆破地震波衰减系数的回归与分析

为了深入理解某矿爆破地震波衰减规律,在确定该矿爆破振动信号最佳小波基与阈值函数的基础上,对所测源信号及去噪信号进行萨道夫斯基公式线性拟合并比较分析.结果表明,该矿爆破振动信号的最佳小波基为sym7函数,去噪效果最佳为rigrsure阈值函数;去噪后的爆破振动信号衰减系数k、a值反映该矿岩体强度性质比原始数据的k、a值更为准确,为该矿爆破安全设计提供理论依据.     

Thermally Induced Behavior of the Openings in Rock Mass Affected by High Temperatures

The temporary storage of hot water in openings excavated in rock may be worthwhile for multiple land-use applications, environmental safeguards, and energy conservation. When used for hot water storage, the rock mass around the openings will respond by coupled thermomechanical effects induced by the hot water. In this study, a submergence test of granite and sandstone at 20 and 95°C was used to examine the thermal behavior of the rock mass around the openings to obtain the mechanical properties of uniaxial compressive strength and elastic modulus. A uniaxial compression creep test of the rock at high temperatures was also performed and calculations with various constants for the creep were examined. With the results obtained in this work, the temperature and stress distribution around the openings when hot water is stored was analyzed by considering the creep properties. The thermal behavior and stability of the openings were also examined. The displacement of the openings was predicted to be approximately 2% of the diameter after 1,000 days.     

基于CRITIC-CW法的地下矿岩体质量评价

岩体质量评价结果是地下矿各类工程的重要基础数据。针对影响岩体质量的因素众多,且各因素间模糊性显著的特点,为更准确地评价地下矿岩体质量,提出了一种可定量分析影响岩体质量各因素间模糊性的CRITIC-CW法。选取了岩石质量指标RQD、岩石单轴饱和抗压强度RW、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf和地下水渗水量ω共5个指标用于评价地下矿岩体质量。收集了国内外20组岩体质量评价的样本数据,采用CRITIC法计算样本数据的离散性和内在联系,获得了评价指标的权重。采用CRITIC-CW法对20组岩体质量评价样本进行评价,结果误判仅为一例,表明CRITIC-CW法具有较高的准确性和可靠性。采用CRITIC-CW法对三山岛金矿新立矿区部分采场的岩体质量进行评价,结果表明:所评价采场的岩体质量主要为Ⅲ级和Ⅳ级,岩体质量较差,依据岩体质量评价结果,对评价等级为Ⅳ级的采场及周边工程加强支护后,矿区冒落现象显著减少。