考虑围岩孔隙特性的深部巷道注浆加固数值方法研究

注浆加固可有效改善深部矿区裂隙发育的环境,保证巷道围岩稳定和矿区安全开采。以淮南矿区顾北煤矿泥岩巷道注浆加固工程为依托,通过注浆固结体微观结构扫描电镜试验和力学特性的试验研究,对围岩孔隙特性与注浆固结体力学特性的关系进行了研究,在此基础上对固结体的摩尔-库伦本构模型进行了修正,并基于FLAC^3D软件,开发了考虑围岩孔隙特性的注浆加固评价的数值仿真分析方法,对矿区巷道群注浆加固效果进行了计算。结果表明:岩体孔隙率对注浆固结体的强度和变形特性影响较大,固结体的弹性模量和黏聚力与孔隙率存在对数递增关系,内摩擦角随孔隙率增大而减小;注浆固结体可存在包裹和搭接两种胶结模式;巷道群数值模拟结果显示,无注浆条件下巷道拱顶下沉位移、两帮收敛位移以及底鼓位移最为明显,随着注浆固结时间增加,各部分变形均趋于稳定,验证了该方法能很好地表征注浆加固效果。研究成果可为煤矿巷道注浆加固设计和施工提供分析评价方法。     

数值流形方法接触检索算法的改进

 数值流形方法(NMM)的接触理论是其一大特色,然而也是NMM在计算中耗时最多的计算部分,有必要提高NMM接触算法的效率。首先介绍NMM的覆盖系统和接触判断方法,着重分析NMM接触检索算法的效率及其所存在的缺陷。然后,根据NMM接触判断方法特点,定义接触阈值、接触线段以及每个接触线段的接触覆盖区,并提出求接触覆盖区x轴极值和y轴极值的方法。最后基于DESS(double-ended spatial sorting)接触检索算法对所求得的接触覆盖区极值进行空间排序,建立了新的NMM接触检索算法。改进后的接触检索算法,可以直接判断出具体的接触点–边对,以及具体的接触形式(角角接触或角边接触),且提升NMM接触检索算法的效率。     

应力对裂隙岩体等效渗透系数影响的离散元分析

 基于现场调查的裂隙网络信息及裂隙网络模拟技术--Monte-Carlo法,采用UDEC中的Fish语言编制裂隙岩体计算模型生成程序DFN-GEN。此程序解决由于裂隙繁多而引起的网格离散困难的问题,可生成大量随机节理,直接进行网络离散,生成裂隙岩体计算模型(DFN),最终用于水力耦合数值计算。结合DECOVALEX国际合作项目TASK C子课题,利用DFN-GEN程序生成裂隙岩体计算模型,研究裂隙岩体水力学特性,探讨应力对裂隙岩体等效渗透系数的影响规律,为研究核废料处置库、坝基、边坡等裂隙岩体工程实践提供方法。     

UDEC中Saeb-Amadei节理本构模型的二次开发

控制岩体水力学特性的节理在常法向应力边界条件和常法向刚度边界条件2种情况下的力学变形行为不同。由于Saeb-Amadei节理模型考虑了节理法向变形对节理剪切变形及剪胀的影响及节理吻合度对结果的影响,且适用于常法向应力边界与常法向刚度边界。引入Saeb-Amadei节理模型以研究裂隙岩体水力耦合特性。结合UDEC中的User-defined joint constitutive models接口,采用C++语言,编写Saeb-Amadei节理模型的数值嵌入程序Userjsa,进行单裂隙岩体的数值直剪和数值单轴压缩试验,对比计算结果与解析结果表明,计算结果与解析结果有很好的一致性,验证了数值嵌入程序Userjsa的正确性,为裂隙岩体水力耦合计算提供基础。     

复杂荷载作用下冻结凿井井壁损伤应力分析

以冻结凿井井壁为研究对象,根据其在施工和运营各个阶段的受力特点,优选出适合各个阶段的损伤模型,建立了适合冻结凿井井壁应力分析的含初始损伤的各向异性损伤模型。修正的模型中考虑了温度、施工条件、混凝土的断裂能和骨料等情况对井壁质量的影响。用FEPG有限元自动生成程序软件编写了三维弹性损伤程序,利用FEPG进行了梁宝寺矿主井井壁结构的弹性损伤模拟计算,得到在永久地压、井壁重力以及随时间不断增大的竖直附加力的共同作用下,井壁结构内部的损伤变化过程,探讨了结构破裂的力学机理以及裂缝出现的位置和扩展过程。     

裂隙岩体等效渗透系数张量数值法研究

由于核废料地质储存、地热开采、深部油气开采的工程需求,裂隙岩体渗透性及其随着应力、温度的影响受到广泛关注。通过温度-渗流-应力耦合三轴仪对大理岩人工裂隙渗透率随应力及温度变化规律进行了试验研究,获得了大理岩闭合裂隙渗透率随应力、温度的变化趋势及受影响程度。在试验基础上,通过数值方法研究了裂隙岩体等效渗透系数的尺寸效应及各向异性,获得了该裂隙岩体的等效渗透系数REV及渗透张量。     

岩体节理粗糙度系数与统计参数的相关关系研究

 测定节理粗糙度系数JRC的方法均基于10条标准剖面,其人为误差大,且未考虑采用不同取样长度离散节理剖面对各统计参数与JRC的影响。为避免对10条标准剖面JRC的测量误差,考虑JRC的取值范围及离散节理剖面时不同取样长度的影响,从数值模拟粗糙节理的角度出发,采用截断正态分布随机抽样得出节理凸起高度,由每段的凸起高度及取样长度形成凸起表面,叠加生成具有一定迹长的粗糙节理,根据Barton直边法测量其JRC,计算相应的统计参数,研究不同取样长度下各统计参数与JRC的回归关系。研究结果表明：JRC与均方根RMS和中线均值CLA呈线性关系,JRC与均方值MSV,均方根一阶导数Z2,粗糙剖面系数Rp和结构函数SF之间呈抛物线关系,且相关系数均较高;取样长度对统计参数、JRC及其回归关系式有较大影响,在数值模拟粗糙节理时应使取样长度与岩体粒径相近。由于MSV,RMS和CLA只能反映节理起伏高度的均值状况,不能反映各凸起高度所占权重对JRC的影响,因此,建议采用Z2,SF对JRC进行估算。