深埋巷道底臌及防治的蠕变模拟试验和数值分析

通过蠕变模拟试验和数值方法的对比分析有现代化研究了巷道底臌机理以及采取底板加固和底析切缝防治方法后，巷道围岩变形、破坏等随时间的变化，并探讨了防治参数对底臌的影响。     

低渗透油田水力割缝降低原地应力数值模拟研究

低渗透油田增产增注问题一直是广大科技工作者研究的重点,基于ANSYS有限元软件建立了胜利某低渗透油井水力割缝的三维立体有限元模型,并对钻井和水力割缝后井筒及近井地带的应力变化进行了数值模拟,给出了定量化的X、Y、Z向应力在割缝后的应力降范围和分布规律,指出割缝方向是决定水力割缝效果和有效性的关键因素,数值模拟分析表明,在地下15 0 0m深处,通过水力割缝技术可以大大降低井筒及近井地带的地应力,从而达到解堵及增产增注的目的。其计算结果与实际采油经验基本吻合,说明所建模型是合理的。该数值模拟方法对现场科学评价水力割缝的效果和可靠性,优化水力割缝的技术工艺参数具有一定的指导意义     

煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究

随着煤矿向深部开采,一些矿井动力灾害既表现出煤与瓦斯突出的部分特征,又有冲击地压的部分特征,2种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合,难以界定为单一灾害类型,为此提出煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害的概念。通过复合动力灾害一体化理论研究,揭示了复合动力灾害发生的统一机理,据此建立了统一失稳判别准则;基于现有动力灾害分类所存在问题,将动力灾害划分为4种类型,在此基础上,针对矿井复合动力灾害类型创新研发了钻屑法多指标一体化检测及煤体温度、煤体电荷实时连续监测设备,形成了复合动力灾害一体化分类分级预测技术;同时,提出了瓦斯抽采、深孔爆破断顶-破煤-断底卸压、煤层注水等消减瓦斯内能、释放煤岩弹性能的复合动力灾害一体化防治技术。     

基于环向应力岩爆判据的不同级别岩爆区分布的数值模拟研究

为了避免莫尔-库仑和虎克-布朗屈服准则各自的缺陷,采用C＋＋语言对FLAC进行了二次开发,将它们复合在一起,提出了一种弹-脆-塑性的本构模型。采用徐林生及Russense判据（环向应力与单轴抗压强度之比）作为岩爆判据,研究了在不同围压条件下,圆形洞室开挖之后围岩再次平衡时已发生的各种级别岩爆区的分布规律,对严重、中等及...     

考虑应变梯度效应的低碳钢试样单向拉伸尺寸效应理论研究

采用二阶应变梯度塑性理论，得出伸长率、峰值应力后工程应力应变曲线和真应力应变曲线的解析解，结果表明三者均具有尺寸效应。将低碳钢试样的单轴拉伸简化为轴向的一维问题。采用拉伸过程中体积不变假设及平衡条件，将应变梯度引入屈服函数，得到伸长率、平均应变及真应变的解析式。理论结果完全反映伸长率与标定长度呈反比的客观事实。工程应力应变曲线尺寸效应可以在数值结果中找到佐证。拉应变局部化是三者尺寸效应的本质原因。     

准脆性材料试件应变软化尺度效应理论研究

研究了由于剪切局部化而引起的试件长度的尺寸效应，基于可以考虑微结构相互作用的非局部理论，得到了非局部塑性剪应变与局部塑性剪应变及其二阶应变梯度的关系，通过获得剪切带内部的塑性剪切应变，得到了岩样轴向的平均应变与位移的理论关系，研究结果表明，这一关系具有尺寸效应，随着试件高度的增加，应力-应变曲线变陡，当试件高度非常大时，发生Ⅱ类变形行为，而且，随着剪切带倾角的增加，应力-应变曲线也变陡，将理论结果与前人的试验结果进行了比较，结果表明吻合良好。     

ANALYSIS ON INCLINATION ANGLE OF SHEARBAND UNDER LOW CONFINING PRESSUREBASED ON GRADIENT-DEPENDENT PLASTICITY

The inclination angle ofsbear band is analyzed considering heterogeneity of rock material when a single shear hand is formed in the center of specimen under triaxial compression. The analytical solution of post-peak axial stress-axial strain curve is deduced using the assumption that the total post-peak deformation is composed of entire uniform elastic deformation and localized shear plastic deformation dependent on the thickness of shear band. The obtained solution shows that the post-peak stiffness is related to the inclination angle of shear band, confining pressure, thickness of shear hand and elastic modulus, etc. Using the solution, the expression for the inclination angle of shear hand can be presented easily and it is dependent on constitutive parameters of rock material and geometry parameters of rock specimen. Larger dilation angle or loading rate leads to increment of the inclination angle. In addition, the inclination angle increases with the thickness of the shear band, which cannot be explained or forecasted by other existing solutions, such as Coulomb inclination, Roscoe inclination and Arthur inclination, etc.     

木城涧矿煤层高压注水的数值模拟分析

为解决京煤公司木城涧矿冲击地压灾害问题，在煤巷掘进时实施预先煤层注水。为研究煤体的渗透特征，在该矿北8槽煤掘进工作面进行了现场单孔等压注水试验，测定了钻孔两侧煤体的湿润水分增值。依据该试验数据用可变容差最优化搜索方法对模型参数进行反演，得到煤体的导水和贮水特征参数，表明该北8槽煤属低湿润饱和煤层，导水性差，适合用高压注水。用数值模拟方法详细描述了在7．0MPa压力下的煤层注水动态过程，通过模拟计算，给出了注水压力-时间-湿润范围三者的动态变化关系。分析了在不同注水压力下的湿润分布的特点，指出合理湿润效果的注水压力在10．0MPa以上。     

断层岩爆是应变局部化导致的系统失稳回跳

讨论了应变局部化、岩爆及Ⅱ类变形行为的关系，并利用梯度塑性理论得到了4种等效的回跳准则。局部化是岩爆的前兆之一，也是出现Ⅱ类变形行为的原因。利用最小势能原理及梯度塑性理论，可得到系统的失稳判据；利用位移法，可以得到系统的Ⅱ类变形行为。若非弹性剪切位移(或平均塑性剪切应变)的增加快于弹性剪切位移(或平均弹性剪切应变)的降低，将出现Ⅰ类变形行为；反之，将出现Ⅱ类变形行为。弹性区与剪切带宽度的比率越大，或剪切弹性模量与剪切降模量的比率越小，系统越容易失稳。     

流固耦合作用下深部煤层气井群开采数值模拟

针对深部煤层处在较高地应力和孔隙压力环境下，煤层渗透率降低和瓦斯运移表现出非达西渗流及受煤岩体变形耦合作用明显的特点，建立反映深部低渗透煤层特征和瓦斯流动特性的气水两相流流固耦合模型。以耦合模型为基础，通过数值模拟对深部低渗透井群开采煤层气进行较系统地研究，得到不同渗透率和不同井群间距条件下开采煤层气的储层压力、气和水产能大小、压降漏斗、水饱和度、甲烷浓度和井群干扰的变化规律，考虑较高地应力储层变形影响的流固耦合模型的模拟结果比不考虑耦合作用的结果偏小，对于深部煤层气开采必须重视耦合作用对产量造成的不利影响，制定合理的生产制度和布井方案，尽可能保证储层渗透特性受弱化的程度最小。研究成果对深部低渗透煤层气开采有重要意义。