岩石尺寸效应试验与RFPA~(3D)数值模拟对比分析

利用岩石破裂过程分析系统RFPA3D分别对5组同直径不同高径比试件和5组同高径比不同尺寸试件进行了单轴加载条件下的数值模拟试验,并将模拟结果与前期室内试验结果进行对比,分析结果表明:造成岩石尺寸效应的原因有很多,但是对于同直径不同高径比试件,端面摩擦效应为岩石尺寸效应的主导因素;对于同高径比不同尺寸试件,岩石材料的非均质性对岩石破裂过程的尺寸效应影响起主导作用。     

不同高径比砂岩破裂机制与声发射特性对比研究

为探究尺寸效应对岩石加载过程中力学及声发射特性的影响,对5组直径相同、高径比不同的砂岩试样进行单轴压缩试验,并同步监测加载过程中的力学及声发射信号,对比分析不同尺寸试样加载过程中的力学特性与声发射信号变化特征发现:砂岩的抗压强度与弹性模量均随高径比的增加而减小,但当高径比达到某一数值时,两者趋于稳定;随着高径比的增加,试样的破坏形式呈现出劈裂破坏-锥形破裂-剪切破裂的变化规律;在整个加载阶段,小高径比试样的AE事件表现为多而分散,随着高径比的增加,大高径比试样的AE事件表现为少而集中。     

同高径比砂岩破坏特征及声发射特性研究

对5组高径比相同而尺寸不同的砂岩岩石样本进行单轴压缩试验,并同步监测加载过程中的力学及声发射参数。试验结果表明,高径比一定时,不同尺寸试样的破坏形式基本相同,呈现由剪切主导的破裂模式,但随着尺寸的增大,试样的局部性破坏增多;高径比一定时,尺寸效应对声发射的影响差异主要体现在裂隙不稳定发展至破裂阶段。     

砂岩单轴压缩破坏全过程声发射主频特征分析

通过单轴压缩声发射实验获得红砂岩受压破坏全过程的声发射低频、高频信号及力学特征,对获得的信号波形采取小波阈值去噪后提取其主频,基于频谱分析理论,分析了砂岩破坏全过程的主频变化特征和频带能量占比规律。研究结果表明:声发射信号主频值分为10~25 kHz、45~60 kHz、120~135 kHz、140~155 kHz、160~175 kHz密集度明显的5个特征频段,其中45~60 kHz的频段对应着岩石试样发生破坏时的主要破坏模式,高于45~60 kHz的频段和低于45~60 kHz的频段分别对应着微小裂纹的萌生和较大裂隙的形成;主频频率变化特征在岩石变形破坏各阶段表现不同,压密至弹性变形阶段内,较为集中,主要存在于特征频段内,进入微裂隙稳定发展阶段后,分布范围由较为集中朝复杂离散方向转变,裂隙扩展至破坏阶段,在更加离散化的同时又相对集中;岩石临近破裂时,声发射信号主频段更加离散化;声发射信号频带能量主要集中在0~250 kHz,其中46.875~62.5 kHz和234.375~250 kHz频带的能量占比随荷载的增加,分别减小与增大。     

天裕煤矿建筑物下膏体充填开采数值模拟研究

针对天裕煤矿建筑物下压煤开采问题,采用FLAC数值模拟软件,对膏体充填开采建筑物下压煤后的煤层顶板及地表沉陷情况进行模拟分析。结果表明,采用膏体充填方式将煤层全部开采后,顶板下沉量较小,可以有效地减少围岩破坏,提高工作面安全保障程度;同时,地表最大下沉值完全符合规定的Ⅰ级损坏允许变形要求。     

岩石声发射信号处理方法及频谱分析研究

通过对红砂岩试样的单轴压缩声发射试验,结合试验所获得的声发射累积能量曲线,分别选取试样低应力水平和高应力水平时所释放的声发射原始波形信号,基于小波分析理论,分别采用小波阈值去噪方法中的rigrsure、heursure、sqtwolog和minimaxi阈值规则对所选取的声发射原始波形信号进行去噪处理,并通过快速傅里叶变换对去噪后的信号进行相应的频谱分析。结果表明,rigrsure阈值规则对声发射原始波形信号的去噪效果最好,去噪后所获得的二维频谱图,不含因噪声存在而形成的零乱小峰值;声发射信号的二维频谱图,在低应力水平时多表现为单峰,在高应力水平时多表现为双峰或多峰。     

不同尺寸砂岩破坏全过程声发射主频分析

对直径相同、高径比不同的4组红砂岩试样进行了单轴压缩声发射试验, 获得了各试样的力学基本参数及试验全过程所释放的全部声发射原始波形信号, 在对每个声发射信号逐一去噪的基础上, 通过快速傅里叶变换提取其主频, 联合时频域共同分析尺寸效应对岩石力学性质及声发射信号主频特征的影响。结果表明, 随着高径比增大, 试样的脆性破坏程度明显, 破裂时的延性减弱;红砂岩声发射信号主频分布范围为10~175 kHz, 明显成频段分布;尺寸效应对声发射信号主频的影响主要体现在频段分布的差异上, 30~60 kHz、140~155 kHz和160~175 kHz为各尺寸试样所共有的频段, 其中30~60 kHz频段占比最大, 对应着岩石损伤演化的最主要破坏模式;岩石变形破坏过程中, 主频分布特征朝复杂离散方向持续转化。     

砂岩单轴压缩实验的损伤破裂数值模拟

以砂岩单轴压缩室内实验为基础,通过有限差分软件FLAC3D模拟该单轴实验,以得到的应力-应变曲线和累积损伤数曲线分析砂岩的损伤破裂过程。分析表明:可以通过监测模型中的一些节点来获取砂岩的体积应变特征,结合累积损伤数的发展得出岩石损伤破裂的情况。     

基于综掘工作面除尘的压入式通风参数优化

为研究压入式通风系统下粉尘的分布规律,合理优化压入式通风系统以求达到更好的除尘效果。以某煤矿综掘工作面实际数据为参照建立压入式通风巷道的几何模型,并用ANSYS软件对其风流场以及风流场中煤尘分布规律进行模拟。通过对比模拟压入式风筒位于不同高度时巷道内粉尘的分布情况选择除尘效果最好的风筒位置。模拟结果显示:在压入式通风通风流场中煤尘浓度分布由高到低依次为涡流区、回流区、贴壁射流区。对该系统当压入式风筒位置位于距底板2.3 m时(整个巷道高度的2/3处)压入式通风除尘效果最好。     

水对花岗岩受力灾变声发射主频特性的影响

通过对干燥、自然、饱和3种状态下的花岗岩进行单轴压缩试验,并对加载过程中的声发射信号进行同步监测,分析了3种不同含水状态下岩石受力灾变的声发射信号主频变化特征,结果表明:不同含水条件下花岗岩加载至破裂全过程的声发射信号主频区间为0~110kHz,绝大部分信号的主频值集中在35~65kHz及15~25kHz频带区间;花岗岩加载过程的声发射主频演化可分为3个阶段,水会对各个阶段的声发射信号主频特性产生不同的影响;岩石失稳破裂前,声发射主频值由密集分布转向稀疏分布,35~65kHz的主频数量骤减,超低频值及高频值开始大量出现,可以认为是岩石受力灾变的前兆信息。