脆性岩石损伤力学分析与岩爆损伤能量指数

在大量试验研究和理论分析的基础上，建立起岩石弹脆性损伤力学模型，在此基础上分析了岩石能量储存、耗散以及转换过程。提出了岩爆损伤能量指数的概念，从能量角度建立起岩爆发生的岩性判别条件     

稳定性动力准则的圆形洞室岩爆分析

本文根据一般稳定性理论,提出了洞室岩爆发生的扰动响应判别准则,得到了发生岩爆的洞室临界塑性区深度及临界作用应力。认为洞室失稳是其本身结构固有的性质,只要外界应力达到临界值,洞室就可能在扰动下失稳,并指出岩石弹性模量E和峰值后降模量λ之比E/λ是决定洞室稳定性的重要参数。     

节理岩体圆形洞室岩爆过程的离散元分析与模拟

采用刚体离散单元法对节理岩体圆形洞室的岩爆过程进行了数值分析与模拟,并与有限元的数值分析结果,岩爆现场实测结果结果进行比较,相当一致。说明采用离散单元法对节理岩体洞室岩爆过程进行数值分析和数值模拟是可行的。     

深部椭圆形洞室围岩冲击岩爆实验研究

利用自主研发的冲击岩爆设备,室内再现真三轴条件下含椭圆形洞室的冲击岩爆现象,实验结合应力采集、录像及声发射等实时测试系统分析椭圆形洞室冲击岩爆的演化过程、破坏应力特征值、碎屑特征、爆坑特征、速度场特征以及声发射特征.结果 表明:椭圆形洞室冲击岩爆过程可以分为4个阶段:平静期,小颗粒弹射,块体剥落以及岩爆;扰动荷载的作用...     

圆形岩爆隧洞应变能计算方法及岩爆发生部位确定方法

岩爆隧道中应变能计算是其他能量计算的基础.文章采用资料调研和理论推导的手段,给出了圆形隧洞洞周围岩应变能的计算公式,并对不同地应力条件下,最可能发生岩爆的部位进行了研究.结果表明:有岩爆倾向的圆形隧洞,其洞周围岩应变能除了与围岩材料性能相关外,还与该处地应力水平和侧压力系数及其所处的位置有关.地应力水平的大小决定是否发...     

稳定性动力准则的圆形洞室岩爆分析

本文根据一般稳定性理论,提出了洞室岩爆发生的扰动响应判别准则,得到了发生岩爆的洞室临界塑性区深度及临界作用应力。认为洞室失稳是其本身结构固有的性质,只要外界应力达到临界值,洞室就可能在扰动下失稳,并指出岩石弹性模量E和峰值后降模量λ之比E/λ是决定洞室稳定性的重要参数。     

应变型岩爆三要素分析及岩爆势表达

 在已建立的应变型岩爆五因素综合判据基础上,通过现场地质调查、统计分析和运用关系矩阵法,对所涉多个因素和指标进行归类合并,形成包括最大切向应力 ,岩石抗拉强度 和岩体完整性指数 等3个主要独立参数的经验拟合表达式 ,用来表征岩爆趋势和强度(简称岩爆势 )。对岩爆强度的无、弱、中和强等4个级别,提出3个分级界限值(1.7,3.3和9.7)。概算深度H = 1 000和2 000 m(侧压系数 = 1.0)时 结果分别为3.3和6.5,相当于弱岩爆上限值和中岩爆中间值。工程实例检验应用进一步表明该岩爆势指标的科学合理性。     

深埋洞室地应力状态与岩爆相关性研究

为了研究锦屏二级水电站探涧开挖过程中发生岩爆与地应力的相关性，在电站探洞不同水平埋深处进行了水压致裂和应力解除三维应力测量。测量结果表明：（1）在探洞浅部，受局部地形影响，测点的应力分布主要受自重和区域及地形地貌控制。形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态，最大主应力11．0MPa左右，作用方向NNW基本近水平；（2）在探洞深部地应力值较高，最大主应力40．0MPa左右，作用方向近直立；（3）随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态，说明在洞深部自重应力起主导作用。对原地应力实测结果进行解析，得到了隧道横截面的最大主压应力和最小主压应力及相关的应力参量，结合岩爆判据对隧道发生岩爆的可能性进行了分析，提出了岩爆的发生主要受控于隧道横截面内的最大差应力的大小。     

考虑水平应力分布的深地下圆形洞室弹性解

在地层结构法的基础上,考虑水平应力在纵向线性分布,利用弹性力学计算方法得出深地下圆形洞室结构的弹性解,计算结果更接近于深地下工程的岩体水平应力线性分布实际情况。     

不同岩爆倾向性灰岩加载声发射特征及损伤模型

为探讨不同岩爆倾向性灰岩声发射特征及其所表征的损伤模型,开展不同埋深灰岩的岩爆倾向性室内试验和单轴压缩声发射试验,综合弹性能量指数W_ET判据、变形脆性指数K_ε判据和线弹性能W_e判据对同一钻孔埋深600～1 000 m灰岩进行岩爆倾向性判别;以时间为中间变量,推导不同岩爆倾向性灰岩声发射累积能量与应变的关系;基于损伤力学基本原理,建立以声发射累积能量表征的损伤模型。研究表明：灰岩岩爆倾向性随埋深梯度的增加而增强;在应力临近峰值前,不同岩爆倾向灰岩声发射事件数及累积能量均剧烈增加,声发射累积能量呈“台阶”型演化。岩爆倾向从无到强,声发射事件数高发的频率越小,累积能量经历的平静期更长,“台阶”宽度愈发变窄,灰岩储存的能量由阶段性耗散逐渐转向瞬间释放。无岩爆倾向灰岩声发射累积能量符合幂函数增长特征,有岩爆倾向灰岩声发射累积能量呈阶段性突增,由此建立的损伤模型以灰岩有无岩爆倾向性分为2种不同的形式。损伤模型中A,B_T,C三个参数分别代表了岩石储能的大小、能量释放时间位置以及能量释放快慢程度,可为岩爆倾向性的判...     

深埋硬岩隧洞岩爆的结构面作用机制分析

 岩爆是深埋硬岩隧洞开挖过程中常遇到的动力地质灾害,从锦屏二级水电站深埋隧洞施工中发现结构面对岩爆具有重要控制作用。本文在总结国内外结构面型岩爆研究现状、列举典型结构面型岩爆案例的基础上,分析了不同结构面类型、产状、不同生产环境、施工方法等条件下结构面对岩爆的作用机制;提出了依据不同作用机制的结构面型岩爆分类方法。分析认为：结构面型岩爆可分为滑移型、剪切破裂型和张拉板裂型;边墙竖直产状的结构面易使围岩压制拉裂而诱发张拉板裂型岩爆,倾斜产状的结构面则会诱发滑移型或剪切破裂型岩爆;未揭露的倾斜产状的结构面诱发的剪切破裂型岩爆强度可能要大于相同条件下揭露出的结构面诱发的滑移型岩爆;采矿工程中容易发生大尺度的滑移型岩爆,而水电交通隧洞更容易发生小尺度的滑移型岩爆,且结构面控制爆坑深度和边界;对剪破坏主导的结构面型岩爆,结构面的力学性质、强度特征因控制所诱发岩爆的能量来源,因而影响岩爆的强度等级。本研究将对深埋硬岩隧洞结构面型岩爆的发生机制、控制方法等具有一定指导意义。     

岩石损伤和破碎相关性的分形分析

应用先进的实验技术和分形几何方法研究了岩石损伤与岩石破碎。结果表明：岩石初始损伤与岩石破碎有着较强的相关性,可以用分形几何来定量地表征。这意味着有可能通过分析岩石结构中初始缺陷分布,来预测岩石破碎后碎块的尺度分布规律,为岩石破碎理论研究新的途径。     

岩石损伤CT数分布规律的定量分析

在岩石CT扫描CT数分布规律的基础上，建立了CT数分布规律的数学模型，推导了岩石损伤密度与CT数的定量关系。重要的是将CT数和岩石损伤变量联系起来，推导了用CT数表达岩石损伤变量的公式，并和Bellion公式和Lemaitre用材料密度表达损伤变量公式进行计算分析比较，从而验证本文用CT数表达岩石损伤变量公式的正确性。     

深埋硬岩隧道卸荷热–力效应及岩爆趋势分析

 在高地应力和高地温的联合作用下,深埋高地温隧道围岩的变形破坏机制将更加复杂。开展不同温度环境下花岗岩加卸载三轴试验,详细分析试样的应力–应变全过程曲线、力学参数变化特征和宏观破坏类型等随温度的变化规律。试验表明：存在60 ℃～100 ℃的温度门槛值,当温度未超过此范围门槛值时,随着温度的增加,岩石峰后变形由延性向脆性转换,温度增强了硬岩的脆性破坏;当温度升高时,主要表现为剪切破坏,出现贯穿试件的剪切破坏。在试验基础之上,开展基于有限差分的热–力耦合分析,利用脆性力学模型和能量指标分析隧道的温度作用效应,进行不同地温下隧道开挖后的力学响应,定量对比不同地温条件下隧道塑性区、应力和能量指标,计算结果表明,隧道地温增加将使岩体岩爆烈度增加。计算结果与试验数据相一致,深埋硬岩隧道卸荷的热–力耦合研究对于深埋高地温隧道的设计和施工具有指导意义。     

温度作用下脆性岩石的损伤分析

从花岗岩弹性模量随温度的变化规律入手,提出了热损伤的概念,在此基础上导出了热２演化方程和一维耦合弹脆性损伤本构方程,并讨论了损伤释放度随温度的演化规律。     

动力扰动导致巷道围岩层裂结构及冲击矿压的数值模拟

煤矿生产中存在着大量的动力扰动,常导致采矿巷道和采场围岩局部失稳,诱发冲击矿压发生。在一定条件下,动力扰动可简化为平面应力波。针对片帮型冲击矿压,采用数值方法模拟应力波作用下巷道围岩层裂结构的形成过程,探讨巷道围岩层裂结构的形成与巷道埋深、岩体弹性模量及应力波强度、时程特性的关系,进而讨论“小进尺、弱爆破”可减小扰动应力波诱发冲击矿压的机制,得到一定地质条件下动力扰动诱发冲击矿压的条件。     

非均匀围压下矿井断层冲击地压的突变理论分析

 按Mises 增量理论,将提出的均匀围压下矿井断层冲击地压的突变理论分析推广到非均匀围压下的断层冲击地压分析,得到非均匀围压下的断层失稳半错距和弹性能释放量表达式。对由于断层失稳导致围岩产生的荷载、位移效应进行了分析。     

冲击载荷作用下岩石损伤的能量耗散

利用一级轻气炮进行平面撞击实验，测量砂岩试件组成的靶板中的应力-时间历程曲线；基于RaIlkinc-Hugoniot守恒方程，计算得到不同冲击荷载下岩石试件中的损伤能量耗散密度，为建立新的岩石动态损伤模型创造了条件。     

岩石动态破坏的时效损伤本构模型

阐述了国内外对岩石动态本构模型的研究现状。结合对花岗岩和大理岩实测冲击破坏本构曲线的分析，将统计损伤模型和粘弹性模型相结合，建立了一个简明的岩石冲击破坏时效损伤模型。利用该模型计算得到的本构曲线与实验数据的直接计算结果具有较好的一致性。