单轴加卸载扰动下石灰岩声发射特性研究

 以取自拟建大连地铁二号线的石灰岩试件为研究对象,用单轴循环加卸载扰动来模拟交通荷载,进行该加载过程的声发射特性研究,并利用RFPA2D模拟岩石加卸载循环下的破坏过程。试验结果证实该种石灰岩存在Kaiser效应,也证实加卸载下的Felicity效应的存在。将加卸载理论应用于岩石的声发射前兆分析中,将加卸载响应比Y值达到(接近)1作为此种岩石失稳破坏前兆特征;石灰岩破裂过程中声发射能量加速释放现象明显。数值模拟结果能看到明显的Kaiser效应以及各步对应的声发射现象,将模拟结果与试验结果进行对比发现,岩石均质度系数m=5时,二者最为接近。所得结果可望为地下工程的施工安全研究提供理论依据。     

采场覆岩失稳破坏的数值模拟研究

以某煤矿为例,通过数值模拟分析采场稳定性与采矿步距的关系。分析结果表明:煤层的开采破坏了岩层原始平衡状态,并使应力重新分布,随着采矿步距的增大,靠近边界的岩体最先发生破坏。当采矿步距推进至40 m时岩体边界出现破坏单元,当超过50 m时发生岩体的宏观破坏,之后便出现顶板冒落甚至坍塌现象。表明采空区跨度在40~50 m时,岩层还能靠自身的强度保持采场的稳定状态,随着采场的扩大便出现顶板坍塌现象,继而表现出地表沉陷。该模拟为后期煤层的开采提供了有利的技术支持。     

不同侧压系数下的马蹄形洞室岩爆过程模拟

利用 RFPA2D模拟了硬脆性岩体中马蹄形洞室的岩爆过程,再现了由于侧压系数不同,导致洞室岩爆破坏位置有所不同。当λ=1/2时,岩爆破坏主要表现为两帮破坏;当λ=1时,岩爆破坏主要表现为拱顶;当λ=2时,岩爆破坏主要表现为拱顶和两帮的破坏。     

恒阻锚杆支护机理数值分析

为了研究恒阻锚杆的拉伸力学性能,采用RFPA软件对恒阻锚杆进行拉伸数值试验,试验结果表明,恒阻锚杆拉伸断裂后塑性应变最大值是弹性应变最大值的12倍,并且在塑性变形过程中应力值在28.01～38.71 MPa范围内波动,且波动较为稳定,数值试验结果与何满潮院士室内试验结果吻合度较高,验证了数值试验方法的准确性和可靠性。以此为依据,进一步采用数值试验方法研究荷载作用下恒阻锚杆和围岩相互作用原理,分析锚固岩体的受力特征和变形破坏特征,并对比分析传统锚杆和恒阻锚杆的支护效果,通过对比分析可知,恒阻锚杆的支护效果优于传统锚杆,为易发生大变形破坏的软岩及冲击地压控制提供了有效途径。     

基于RFPA~(2D)-Flow软件对裂隙岩体渗透特性表征单元体的研究

大型水利水电工程多依附于高陡裂隙岩体边坡而建,而边坡的渗控结构成为研究重点。为进一步研究裂隙岩体渗透特性及其各向异性的影响因素,基于C语言程序,考虑不同迹长、密度的概率分布,通过蒙特卡罗方法生成随机裂隙,然后将随机裂隙导入有限元渗流计算软件RFPA~(2D)-Flow,形成渗流裂隙网络模型。通过对不同的方位、不同尺寸上的等效渗透系数的模拟计算,得到不同工况下的渗透张量,结合类张量特性和类常量特性判定依据,确定渗流表征单元体,并自定义渗透特性各向异性系数,研究裂隙的密度、迹长对岩体渗透张量、表征单元体尺寸和各向异性系数的影响。结果表明:①裂隙密度和裂隙迹长对裂隙岩体的渗透主值影响较大,但对渗透主方向几乎无影响,随密度或者迹长的增大,裂隙岩体的渗透主值逐渐增大;②在一定范围内,随着裂隙密度或迹长的增大,裂隙岩体的渗透表征单元体尺寸逐渐减小;③裂隙岩体渗透特性的各向异性系数r随密度增大逐渐减小,随裂隙迹长增大呈现先减小后增大的趋势。在此基础上,以锦屏一级水电站坝区左岸边坡裂隙岩体为例,根据地质勘探所获的裂隙概率分布特征及相关参数,利用本文研究方法进行渗流数值模拟计算,确定锦屏左岸裂隙岩体的渗透张量和表征单元体尺寸,并结合现场压水试验结果对本文数值模拟结果进行修正,修正系数在一个数量级之内,说明本文模拟计算结果与实测结果相近。     

深井大采高工作面覆岩破坏过程数值模拟研究

以唐口煤矿1305工作面为工程背景,采用RFPA2D数值模拟软件,对埋深1 000 m,采高5.5 m条件下大采高工作面覆岩破坏过程进行了反演,得到了深井大采高条件下上覆岩层运动的主应力、位移矢量变化规律以及声发射特征,为类似工程地质条件下工作面的安全开采和支护设计提供了理论依据。     

一种红外焦平面的数字化输出设计方案

为了实现红外焦平面数字化输出，设计了一种带片上模数转换的焦平面读出电路，包括一个8×1的读出电路单元阵列和一个基于逐次逼近算法的10位模数转换器。单元读出电路采用了电容反馈负阻抗放大器结构作为输入级，输出的信号经采样保持后通过多路传输送到模数转换器。设计的逐次逼近型的模数转换器中的比较器采用的是两级开环结构，数模转换器采用的是高位电荷缩放低位电压缩放型的结构。在Cadence全定制设计平台下，采用0．6μm双多晶硅、双金属层的CMOS工艺模型对电路进行了仿真和版图设计。整个读出电路采用5V电压供电，20kHz的采样输出时仿真平均功耗约为5mW。     

分层尾砂胶结充填体单轴抗压强度的测试研究

采用高阶段空场嗣后胶结充填法的矿山,充填设计常采用不同配比的尾砂胶结充填体进行分层充填。通过室内试验,对灰砂比为16、18的尾砂胶结充填体进行分次充填并测试其单轴强度;对配比一定、浓度不变时的充填体的单轴强度实测值进行拟合,得出了充填体分层数与其单轴抗压强度的非线性回归方程,并剖析了分层充填体破坏时产生端部效应的机理。采用RFPA软件模拟了某铁矿分层充填体的破坏过程,数值模拟结果与试验结果相符,验证了分层充填体端部效应破坏理论的正确性。     

深井近距离煤层上行开采巷道应力数值分析

为解决孙村煤矿深部二层煤开采过程中遇到的诸多问题，提出了上行卸压开采的技术方案．采用RFPA数值分析软件，对孙村矿深部近距离煤层上行开采条件下，上位煤层回采巷道的应力环境进行了分析；结合覆岩导水裂隙带的观测结果，探讨了上位煤层回采巷道的稳定性，证明上行开采条件下上位二层煤的回采巷道稳定性较下行开采有较大的改善；同时研究了上位二层煤开切眼的合理位置，为保证上行卸压开采的成功提供了理论依据．     

急倾斜破碎带巷道破裂过程与支护的数值模拟

急倾斜岩层地质破碎带巷道的复修支护是当前困扰矿区生产的技术难题。结合现场实测资料,采用RFPA2D数值计算软件对攀枝花太平煤矿南三运输大巷进行了模拟研究,采用先加载后开挖的顺序,再现了巷道开挖与围岩破坏和垮落过程,分析了破碎带巷道的破坏特征,揭示了巷道变形、破坏的机理是沿着软弱层及层理的拉伸及剪切破坏。据此,提出了合理的支护方案,可为此类巷道的修复支护提供借鉴。