非均质岩石单轴压缩下损伤演化规律数值模拟研究

岩石在单轴压缩直至破坏的过程较快,无法通过肉眼观察裂纹扩展形态,为定量分析花岗岩在单轴压缩下损伤演化规律,利用数值模拟软件模拟非均质花岗岩单轴加载过程,通过模拟模型在不同时步下破坏单元数量,基于有效承载面积的损伤变量理论,计算岩石的损伤变量,进而对非均质花岗岩损伤规律研究。研究结果表明：（1）花岗岩在数值模拟单轴压缩下,会产生共轭破坏（“X”型破裂）,其裂纹最初产生的裂纹是由右上到左下的斜向裂纹,其次产生由左上到右下的斜向裂纹,最终形成“X”型共轭破裂;（2）在压缩与弹性阶段数值模拟损伤变量增加较少,在裂纹发展阶段数值模拟损伤变量开始以平均增幅为0.003 5缓慢增加,在峰后破坏阶段数值模拟损伤变量以平均增幅为0.035激增,与岩石时间与应力的曲线变化有很好的一致性。研究结果可对后续非均质岩石表面与内部裂纹发展相关性提供新的研究途径,进而为岩石破坏预警监测提供新的研究途径。     

不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟

将爆破损伤视为爆破应力波和爆生气体压力共同作用的结果,分别考虑不同的地应力条件(侧压力系数0.5、1和2,竖直方向地应力5 MPa和10 MPa)和节理角度(30°、45°、60°和90°),开展含节理岩体双孔爆破过程的数值模拟,研究爆生裂纹萌生—扩展—贯通过程的演化规律.无节理时,初始应力场对爆生裂纹的扩展具有一定的导向作用,裂纹扩展主方向趋于最大地应力方向.节理对裂纹的扩展方向具有一定的影响,节理角度为30°时,爆生裂纹与节理面连通,形成典型的‘之’字形断裂.节理对裂纹萌生和扩展具有明显的促进作用,有利于孔壁上下侧裂纹沿竖直方向的扩展.     

基于剪切修正GTN损伤模型的辊冲工艺数值模拟

在GTN模型基础上,考虑到微孔洞剪切变形对材料劣化的影响,建立适用于压应力状态的剪切修正模型.通过用户子程序接口VUMAT将与损伤耦合的弹塑性本构模型嵌入具有ALE法的有限元软件Abaqus/Explicit中.利用模拟拉伸与纯剪切试验拟合载荷-位移曲线以确定模型参数.将修正模型应用到辊冲工艺有限元模拟中预测断面质量,并进行试验验证.结果表明:前刃口为小间隙冲裁,塌角较小,光亮带较大但带有一定的倾角;后刃口为大间隙冲裁,塌角与断裂带较大,光亮带较小;裂纹会同时在前刃口凸模与凹模侧面萌发,而对于后刃口,会首先在凹模侧面产生.     

深部岩体水耦合爆破裂纹扩展数值模拟研究

为认识深部高地应力岩体水耦合爆破裂纹扩展过程及机理,选择试验验证的RHT本构,采用LS-DYNA对水耦合装药单孔在不同原位应力场下的岩体爆破裂纹扩展进行数值分析.模拟结果表明:水耦合的方法延长了爆炸作用时间,提高了岩体中爆炸应力峰值和PPV(质点振动速度峰值),增强了爆破致裂岩体的效果;原位应力在深部岩体水耦合爆破中起...     

节理发育岩体巷道掘进爆破数值模拟与应用研究

节理面、软弱夹层和断层等地质不连续面是影响巷道掘进爆破效果的重要因素。根据岩体中应力波的传播理论,以某煤矿轨道下山为工程背景,利用LS-DYNA软件对倾角为68°、宽度为3 cm的节理岩体巷道掘进掏槽爆破进行模拟分析,验证了理论分析中节理面对爆炸应力波传播的影响。结果表明：节理面破坏了岩体的整体性,其背爆侧岩石破碎较弱,而迎爆侧由于节理的反射作用岩体破碎加剧。提出了掏槽孔中心直眼采用孔内间隔延期装药结构和?35 mm的炸药以增加掏槽爆破能量,合理布置炮孔、减少节理面附近炮孔装药量,并辅以增加炮孔深度、提高堵塞长度和质量等措施,延长了爆炸能量作用时间,提高了爆破效率。现场应用取得了良好的效果。     

基于地应力和二次损伤的预留光爆层爆破参数研究

对于地下开采,预留光爆层进行二次爆破可以保证巷道掘进面轮廓成形效果,减少围岩损伤。基于地应力、应力波和爆生气体等共同作用理论,对预留光爆层二次爆破进行参数优化。分析预留光爆层厚度对地应力重分布的影响以及二次应力对爆生裂纹扩展的影响,可知二次应力会抑制爆生裂纹扩展,且预留光爆层厚度与二次应力大小呈正相关;分析在不考虑损伤、考虑一次损伤和考虑二次损伤条件下,轴向不耦合系数及炮孔间距大小的变化,可知考虑损伤可以适当增大轴向不耦合系数和炮孔间距。以焦家金矿深部开采工程为背景,对比爆破参数优化前后爆破效果,可知在深部开采时考虑地应力和损伤,能提高半孔率和节约成本。研究结果为地下开采爆破标准化提供了理论依据。     

岩体隧洞损伤破坏过程实验及其颗粒流数值模拟

在以往有关节理模型实验和数值模拟的研究基础上,设计了几组含孔洞节理模型材料的压缩实验,并采用颗粒流软件Partide Flow Code(PFC2D)对模型实验过程进行数值模拟.以模型实验应力-应变曲线与数值模拟的曲线吻合作为PFC细观力学参数选取的准则,并利用获得的力学参数对含孔洞节理岩体破坏过程进行数值再现.分析了含孔洞节理岩体的损伤破坏演化过程、变形破坏机制及其强度特性.并将整个过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段和峰后阶段.该破坏机制可以合理地预测实际工程的可能破坏模式和评价工程岩体的稳定性.     

基于WINDOWS系统的台阶爆破计算机模拟

介绍了基于ＷＩＮＤＯＷＳ平台、应用可视化编程技术的台阶爆破计算机模拟系统的编制方法。分析了模拟系统的结构和各功能模块的内容。该系统具有界面好、功能全、操作简单和易扩展等特点,适用于台阶爆破的爆破参数优化和爆破效果控制。     

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。     

爆破震动对高速路边坡影响的数值模拟

以京秦高速公路某段路堑边坡爆破开挖为例,采用数值模拟的方法分析了爆破震动波在边坡介质中的应力场、位移场、速度场等的分布规律,多方面研究了爆破震动效应对山区高等级公路岩质边坡稳定性的影响。现场振动测试结果验证了数值模拟计算的可靠性。

     

基于FLAC3D数值模拟的破碎岩体巷道支护方法研究

破碎岩体的巷道支护一直是困扰我国矿山生产建设的重大问题,破碎巷道支护巨大的返修量不仅使整个矿山生产陷入困境,而且造成每年数额巨大的经济损失,因此,巷道支护问题的研究就显得非常重要.本文结合杨山庄矿区扩大生产规模的要求,以破碎岩体这一不良工程岩体为研究对象,提出了适合破碎巷道的支护方法,并运用有限差分岩土工程分析软件FL...     

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。     

岩石Kaiser效应数值模拟确定岩石均质度及在某钨矿的应用

阐述了岩石Kaiser效应的产生机制及国内外的发展和研究现状,分析了该领域目前研究存在的难题;结合岩石试样的特性,对试样均质度参数进行试选,通过岩石Kaiser效应的数值模拟的方式方法,对岩石声发射应力与声发射能量时间序列分布关系图进行了分析,得到了与现场采用钻孔应力解除法较为一致的结果。     

岩体边坡渐进破坏的物理模拟和数值模拟研究

为了揭示岩体边坡渐进破坏的机理,在对边坡渐进破坏进行物理模拟的同时,应用ＦＬＡＣ软件对边坡渐进破坏过程进行了数值模拟。研究表明,只有将物理模拟和ＦＬＡＣ数值模拟相结合,才能既从表象上又从本质上揭示出边坡渐进破坏的机理。     

基于主成分分析—支持向量机模型的矿岩可爆性等级预测研究

矿岩可爆性等级的准确评判对爆破开挖设计以及岩土工程的安全稳定具有重要意义。通过综合考虑岩体固有属性与实际爆破效果对矿岩可爆性等级的影响,选取了岩体声波、波阻抗、爆破漏斗体积、大块率、小块率和平均合格率共6类指标,进行可爆性预测研究。为消除影响指标之间的信息重叠,针对55个矿岩样本数据集的大量信息,采用主成分分析法降维,提取得到包含98.38%原始信息的4类主成分,最后引入支持向量机模型对可爆性等级进行预测研究。研究结果表明：（1）与原始SVM模型相比,基于主成分分析法—支持向量机的预测模型不仅降低了数据的维度,同时使得矿岩可爆性等级预测准确率由78.5%提高至90.1%;（2）基于主成分分析法—支持向量机预测模型的评判结果与实际情况较为吻合,少量误判主要发生在部分特征差异性较小的矿岩样本之间。基于分层随机抽样技术的PCA-SVM预测模型,保证了训练集与测试集样本数据的随机性和差异性,对研究指标维数较多且部分指标间相关性较强的数据模型具有较强的适用性,对相似工程的研究具有一定的借鉴意义。     

岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展

岩石与岩体内部结构、空间尺度及裂隙分布形式不同,在冻融循环作用下其损伤劣化机制存在显著差异,损伤评判标准亦有所不同,因此厘清岩石与岩体冻融损伤内涵区别并总结相关研究进展具有重要意义。在内涵方面,岩石损伤主要是内部微小缺陷作用,属于微观层面问题（毫米量级及以下尺度）;而岩体损伤则更加关注节理裂隙的影响,属于宏观层面问题（厘米量级及以上尺度）。目前冻融损伤相关研究主要集中在完整岩石块体,对于含有宏观裂隙的岩体研究较少;岩石冻胀是原位水冻胀与迁移水冻胀共同作用的结果,主要从冻胀力与疲劳损伤2个角度进行岩石冻融损伤本构模型的构建研究。未来岩体冻融损伤研究应重点关注裂隙所带来的影响,即从微观尺度入手,利用室内试验探究冻融循环过程孔隙和裂隙内部水分迁移冻胀机制与相互作用规律,结合现场试验与数值模拟研究构建大尺度下岩体冻融损伤本构模型,最终形成寒区岩石与岩体冻融损伤评价体系。