动静组合载荷作用下岩石失稳破坏的突变理论模型与试验研究

应用突变理论分析了受一维静载岩石系统的稳定性及变化规律,建立了一维静载岩石系统在动载作用下的非线性动力学模型,发现静载岩石系统自振频率变化规律,以及动载作用与一维静载岩石系统的响应存在非线性关系,当动载力幅和频率达到一定值时,会引起一维动静组合加载岩石系统振幅的突跳,从而引起岩样子系统的失稳破坏,在一维静载岩石系统动载作用演化过程中,动载信号强度的大小起着决定性作用。上述理论分析与一维动静组合载荷岩石系统的失稳破坏试验结果是吻合的。     

中应变率下动静组合加载岩石的本构模型

阐述动静组合加载岩石的本构模型研究意义，并对国内外关于岩石动态本构模犁的研究方法进行分类。采用组合模型研究方法，将统计损伤模型和黏弹性模型相结合，分别建立中应变率下二维和三维受静载荷作用岩行在动载荷作用下的本构模型（动静组合加载本构模型）。对一维动静组合加载本构模掣用不同静应力的相关试验进行验证，其结果表明，利用该模型计算得到的本构曲线与试验结果具有较好的一致性。对于三维动静组合加载本构模型，采用动力三轴试验机加围压时对应的岩石动载本构关系进行验证。     

非线性法向变形节理对弹性纵波传播的影响

从波的弹性位移出发，推导线性位移不连续模型，然后引入等效位移假设，建立节理非线性位移不连续模型。依据所建立的非线性模型，获得垂直入射纵波在非线性法向变形节理处传播的透射和反射系数的解析解。利用该解析解，研究节理初始刚度、节理闭合量与允许闭合量的比率以及入射波频率对节理透反射系数的影响，并与已有的数值计算结果进行比较，两者吻合很好。     

软弱夹层对金矿深部巷道围岩稳定性影响研究

含软弱夹层巷道围岩稳定性是黔西南金矿深部开采过程中遇到的一大难题。为保障矿山安全高效生产,采用FLAC3D模拟软件建立不同软弱夹层产状对巷道围岩稳定性影响的分析模型,研究巷道埋深、软弱夹层倾角和位置对巷道工作面稳定性的影响。结果表明：随着埋深的增加,巷道围岩变形量和塑性区体积均逐渐增大;当软弱夹层倾角在0°～40°范围内时,随着倾角的增加,巷道围岩变形量和塑性区体积均逐渐增大;当软弱夹层倾角大于0°时,巷道表面位移呈现不对称性：左拱肩>右拱肩,左帮>右帮,左拱脚<右拱脚,且随着角度的增大,这种不对称性更加明显;随着软弱夹层距巷道顶板距离的增加,巷道表面位移逐渐减小,巷道不对称变形的程度变小,围岩的塑性区体积逐渐变小。研究结果可为类似巷道工程支护提供一定的参考依据。     

回采巷道金属支架变形失稳分析

根据新疆某矿Ⅰ_1采区回采巷道围岩地质条件,结合矿用工字钢金属支架支护受力特征,利用结构力学知识,构建了回采巷道金属支架力学分析模型。通过对支架受力分析与计算,得到金属支架弯矩、剪力、轴力的分布特征,提出了回采巷道金属支架支护的优化方案,优化后的支护方案顶板下沉量减少了16.63 mm,围岩两帮收敛变形量减少了19.10mm,使用该优化方案对巷道进行补强支护,提高了支架-围岩整体的承载性能,取得了良好的支护效果。     

隐伏断层活化诱发石门揭煤突出的数值模拟研究

结合工程实例,采用3DEC数值模拟软件进行了隐伏断层活化诱发石门揭煤突出的数值模拟实验研究。通过模拟断层活化、滑移以及揭煤工作面应力集中等现象,研究了动力扰动影响下的隐伏断层活化规律、煤岩体应力状态的动态响应、瓦斯运移通道的形成以及揭煤突出的可能性,揭示了开采扰动、断层活化、煤与瓦斯突出之间的因果关系,分析了隐伏断层活化诱导石门揭煤突出的机理。通过分析具体工况条件下的模拟结果,得到隐伏断层活化诱发石门揭煤突出的发生规律,对生产实际中隐伏断层影响带内煤与瓦斯突出问题的防治具有指导意义。     

粉状矿体无底柱分段崩落采矿法大结构参数研究

针对粉状矿体工程地质特征,采用理论分析、数值模拟、物理模拟和现场放矿试验验证的研究体系,得到粉矿地段无底柱分段崩落采矿法合理大结构参数为14m×16m×3.4m。经现场应用,回收率达86.47%,矿石贫化率为21.65%,取得了较好的经济效益。粉状矿体地段无底柱分段崩落采矿法大间距结构模型,总体变化趋势是,总回收率、纯矿石回收率随着放矿步距的增大而增大,而岩石混入率则随着放矿步距的增大而减小;回收指标受放矿步距影响显著,在设备铲装能力许可的条件下,还可以进一步加大步距0.4m左右,即放矿步距为3.8m。     

力热耦合作用下煤岩吸附及渗透特性的试验研究

利用等温吸附试验仪器与含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟深部煤层瓦斯开采过程,分别进行不同温度下等温吸附试验与孔隙压力升高的渗流试验,建立考虑过剩吸附量修正的吸附模型并修正吸附膨胀模型,探究力热耦合作用下煤岩吸附与渗流变化规律。结果表明:瓦斯吸附量在不同温度下随瓦斯压力升高均呈增大趋势,随温度升高吸附量逐渐降低。在高压下需考虑过剩吸附量造成的误差,修正的Langmuir模型比原模型计算结果精度更高;建立了考虑温度与过剩吸附量修正的吸附变形模型与吸附膨胀模型,煤岩吸附应变随孔隙压力升高而减小,且温度越高应变变化量越小。随孔隙压力升高,煤岩渗透率及吸附膨胀与滑脱效应导致的渗透率变化量均呈下降的趋势,且随温度升高3者逐渐增加;吸附膨胀是引起煤岩渗透率减小的主要因素,吸附膨胀与滑脱效应对渗透率的贡献率随孔隙压力升高逐渐下降,其贡献率均随温度升高逐渐增加。     

基于可拓理论和层次分析法的洞口仰坡稳定性评价

洞口仰坡是一种特殊而又普遍存在的边坡,其稳定性一直是岩土工程研究的重要内容。基于物元可拓理论和层次分析法,考虑了边坡稳定性的主要影响因素,建立了洞口仰坡稳定性的物元理论模型,对边坡稳定性评价结果进行了可靠性分析。以某隧道洞口仰坡工程为实例进行了稳定性评价,预测的结果与实际检测结果一致。研究结果对类似的工程具有一定的参考价值。     

大断面六角形进路围岩应力解析与数值验证

为研究龙首矿大断面六角形进路采场围岩的应力分布特征,通过保角变换方法将六角形进路围岩映射到像平面单位圆外域,采用改进的复变函数理论对进路围岩应力进行解析,并与数值结果进行对比。研究结果表明,提出的多面体收缩逼近算法能够准确求解复杂形状孔洞的映射函数,大断面六角形进路映射函数项数取6时具有较高的精度。当侧压系数λ<0.39时,顶底板出现拉应力集中,两侧壁产生压应力集中。随着λ的增大,顶底板拉应力逐渐减小并变为压应力,两侧壁应力情况则相反。进路围岩中切向应力随着距进路边界距离的增大逐渐减小,随着侧压系数的增大而增大;当距进路边界的距离渐增时,进路顶底板中的径向应力值逐渐接近施加的竖向应力,进路两帮中的径向应力值逐渐接近施加的水平应力。另外,进路周边22个监测点应力的数值模拟结果充分证实了解析解的可靠性,大断面六角形进路同比小断面进路在深部开采中具有较高的稳定性。研究结果可为采场结构参数优化及进路支护设计提供参考。