原生裂隙结构对煤岩物理力学特性影响分析

为量化分析煤岩原生裂隙结构对其物理力学特性的影响,以不同冲击倾向性矿井煤样为研究对象,采用工业CT扫描和三维重构技术,提出了以长度因子、宽度因子、面积因子、体积因子、倾角因子和分形因子来量化描述煤岩原生裂隙结构的三维特征,并且依据样本相关性分析原理和偏最小二乘回归分析原理,对原生裂隙结构几何特征与物理力学特性之间关联的进行了回归分析。研究发现:不同物理力学特性的煤岩介质,原生裂隙结构特征差异明显,发育程度与其冲击倾向性成反比;除泊松比,煤岩物理力学特性与原生裂隙结构特征的几何因子存在显著的相关性;不同的几何因子对物理力学特性的影响能力以及各个物理力学特性受几何因子的影响程度均不同。     

基于ANN求导的DSFT中故障概率变化趋势研究

为了在遇到不利工作环境之前,提前采取措施控制元件故障发生,提出基于ANN求导的元件故障概率变化趋势的确定方法。该方法可在不了解系统或元件构成和性质的情况下,仅利用实际故障监测数据分析不同工作环境下元件故障概率变化的趋势和程度。同时该方法也充实了空间故障树(SFT)下的离散型空间故障树(DSFT)理论。论文给出了ANN求导法处理问题的理论基础和公式推导。结合了一个元件进行了方法的应用,并最终得到了该元件的故障概率变化趋势。为实际生产中“先知先觉”的故障预防控制措施提供参考。     

热采煤层气藏过程煤层气运移规律的数值模拟

为得到注热开采煤层气藏过程中煤层气的流动规律,以前人实验成果为依据,结合传热学、热力学、弹性力学、渗流力学等相关理论,建立了热采煤层气藏过程中的煤层气热-固-流耦合数学模型,给出了模型中各物理场方程的弱解形式,利用有限元软件进行了单井筒热采煤层气流动规律的数值模拟,分别得出注热10 d、开采100 d后煤层温度场、应力场和气体渗流场变化规律.数值模拟结果显示,向煤层注热后,气体压力较未注热下降幅度增加,井筒气产量在开井初始阶段较未注热增量明显,一定时间后增幅减缓.由模拟结果可以得出,在开采初始阶段,气体吸热后从煤基质内表面解吸能力增强,裂缝内气体浓度增加,渗流能力增强,煤层气井筒产量增加;同时随气体的不断产出,煤层有效应力的增加和温度的降低导致煤层渗透率及孔隙度的减小,造成井筒气体产量减缓.     

孔隙压力作用下泥岩三轴蠕变实验研究

在具有孔隙压力系统的岩石三轴蠕变仪上,对泥岩进行了考虑孔隙压力作用的三轴蠕变实验.实验中不仅考虑了轴压σ₁和围压σ₃对蠕变的影响,而且考虑了孔隙压力p在泥岩蠕变过程中产生的重要影响.通过不同应力水平下的蠕变实验,对比含孔隙压力和不含孔隙压力的蠕变实验曲线,表明当轴压σ₁和围压σ₃一定时,随着孔隙压力p的增加,蠕变变形量将会减小,在稳态蠕变阶段的应变率也会减小,在一定程度上会延长蠕变三个阶段的蠕变时间.并采用经典蠕变模型对实验结果进行分析.     

不同形状硐室拉张破裂有限元数值模拟

目的研究地下硐室开挖过程中,不同形状的地下硐室其围岩的破坏形式.方法采用可模拟拉张破裂的有限元软件,给出拉张破裂的判据,分别选取圆形、直墙拱形、长方形、梯形、半圆形硐室模型进行拉张破裂有限元数值模拟.结果得出了不同形状硐室受拉破裂的破坏形式,圆形、直墙拱形、半圆形硐室的顶部应力集中明显,接近点集中.长方形、梯形拉应力均沿顶、底边线性分布.结论由不同形状硐室的破坏形式可以看出,拉应力集中在硐室顶底部,在拉应力最大点首先开裂,开裂后应力重新分布形成新的应力集中;单元破裂后,抵抗变形和破坏的能力下降,相邻单元出现明显应力集中,加速裂纹的产生;单元破坏后不能再承受拉应力,但是可以承受压应力.     

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...     

平面应变条件下含孔洞土样受内压作用的变形破坏过程

在不同加载速率下,利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加,土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前,操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄,以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场,利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便,根据清晰剪切带位置,布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时,拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带,而当加载速率较高时,未出现上述现象;当纵向应变较高时,在孔洞表面附近,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降;当纵向应变较高时,在离孔洞表面较远处,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。     

单轴压缩湿土样最大剪切应变场数字图像相关方法结果的统计分析

研究了单轴压缩湿土样沿剪切带方向的最大剪切应变的均值和标准差以及剪切局部化区域尺寸的演变规律。为了深入揭示土样剪切带萌生的过程,根据纵向应变较高时清晰剪切带所处位置在土样上布置测线,对由数字图像相关方法获得的结果进行双三次样条插值,从而获得测线上光滑性较好的最大剪切应变分布。研究发现,随着纵向应变的增加,沿剪切带方向的最大剪切应变由低值多峰向高值少峰转变。测线上最大剪切应变发生突增的点、局部高值点及低值点均有可能发展成为主峰。测线上最大剪切应变的均值和标准差随纵向应变的演变规律在总体上均呈上凹形,但当纵向应变较低时,二者均呈线性。以上述两种统计量线性规律丧失所对应的平均最大剪切应变作为剪切带萌生的条件。随着纵向应变的增加,土样中发生剪切局部化的区域越来越大。欲达到相同的剪切局部化区域尺寸,含水率高的土样所要求的纵向应变较高。当纵向应变较高时,含水率高的土样的剪切局部化区域尺寸比含水率低的土样要大,这与其塑性变形阶段较长有关。     

随机介质固热耦合模型与高温岩体地热开发人工储留层二次破裂数值模拟

在高温岩体地热开发中,针对岩石矿物组分及其分布的不同,将热膨胀系数作为随机介质,在平面应变模型下,建立了随机介质的温度场和应力场耦合数学模型,并推导了该耦合问题的有限元格式。在正态分布、韦伯分布 2 种随机分布下,进行了高温岩体地热开发数值模拟试验,揭示了岩体温度场和应力场的特征及变化规律。研究表明,热膨胀系数的概率分布形式对岩体热破裂规律有重要影响。     

浅埋煤层厚积砂薄基岩顶板破断机理研究

本文在物理相似模拟和数值模拟的基础上，通过对神东集团薄基岩浅埋煤层开采的研究，建立了上覆岩层的梯度复合板力学模型。利用承压砌块模型分析了周期来压过程，并给出了初次来压和周期来压机理。