考虑节理初始损伤的岩体本构模型

为反映岩体结构特性及荷载效应对岩体损伤及变形破 坏特征的影响,选用 DＧP准则,考虑节理初始损伤的影响,建 立节理岩体多因子耦合损伤模型,并推导模型参数的理论表 达式.研究表明:岩体的损伤演化途径对应着岩体结构变化 所诱发的力学性状与行为的演变.由于节理宏观缺陷的存 在,使岩体性质表现出明显的差异性,当倾角为０°和９０°时, 岩体的初始损伤值和临界损伤值较小,对应的峰值强度值较 大;当倾角为６０°时,岩体的初始损伤值和临界损伤值最大, 对应的峰值强度值最小.由所建模型的应力 应变曲线与 试验得到的曲线具有较好的一致性,说明模型能够较好地描 述不同节理状况下岩体的变形破坏过程.     

柱式采空区上行开采数值模拟研究

针对神广煤矿5^-2煤房式开采后4^-2上、4^-3煤上行开采安全生产问题,首先通过理论分析对4^-2上、4^-3煤上行开采可行性进行了初步论证;然后采用3DEC离散元软件建立了三维数值模型,分析了5^-2煤房式开采对上部4^-2上、4^-3煤整体性和连续性的影响;研究了4^-2上、4^-3煤开采对层间岩层及5^-2煤采空区留设煤柱稳定性的影响规律。结果表明：4^-2上、4^-3煤的比值K分别为33.07、23.46,均大于临界值7.5,5^-2煤采空区煤柱的极限承载强度为7.84MPa; 5^-2煤开采后,4^-2上和4^-3煤整体性和连续性保持完好;4^-2上、4^-3煤层上行开采使得层间岩层应力降低,位移减...     

倾斜裂隙动水注浆扩散规律及堵水关键域研究

在煤矿开采过程中,受复杂水文地质条件的影响,工程建设经常会遭遇突涌水、塌方等地质灾害,严重制约了地下工程的安全建设和发展。注浆技术作为地下突涌水灾害治理的有效手段,在煤矿水害防治领域得到了广泛应用。为研究动水条件下倾斜裂隙注浆扩散规律及封堵机理,通过自主研发的动水注浆试验系统,进行了倾斜裂隙动水注浆试验;采用有限元法求解Navier-Stokes方程和浆水相界面控制方程,获得了注浆过程中不同时刻的浆液扩散形态和扩散面积,分析了倾斜裂隙空间内的流速场和压力场分布规律,并与试验结果进行了对比验证;基于模型试验与数值模拟结果,揭示了堵水关键域浆液运移规律,建立了倾斜裂隙动水注浆堵水关键域扩散模型。结果表明：当注浆压力恒定不变时,随着裂隙倾角和动水流量的增大,浆液沿顺水方向扩散距离均随之迅速增大至出流边界,沿逆水方向和垂直于动水流向的扩散距离明显减小,导致浆液扩散面积不断减小,使得浆液扩散形态由圆形变为椭圆形,最终到达出流边界时呈U形;在注浆扩散过程中,随着裂隙倾角的增加,浆液不断驱替过水断面逐步形成了高流速过水通道,使得裂隙横断面流速分布呈现出岭陡谷宽的形状;同时,在倾斜裂隙不同高差位置压力...     

岩体粗糙裂隙中浆液扩散规律研究

基于分数布朗运动,采用随机中点位移法生成粗糙裂隙面,通过COMSOL软件建立岩体粗糙裂隙注浆数值模型,分析了浆液黏度及裂隙面粗糙度对浆液扩散的影响。结果表明：粗糙裂隙中浆液流场与光滑裂隙截然不同,浆液扩散速度在过流断面缩小区域,流速增大,过流断面增大区域,流速减小;裂隙粗糙度越大,低流速区域越大;裂隙面越粗糙,浆液压力越大,压力场非线性程度越强,相应的粗糙与光滑裂隙中浆液压力间的差值越大;浆液压力差随着浆液动力黏度的增加而增大,浆液黏度越大,裂隙粗糙度对浆液压力的影响越显著。     

基于黏度时变性的裂隙动水注浆扩散规律分析

为探究动水环境下黏度时变性浆液扩散规律，以NF水泥基浆液为研究对象，开展浆液黏度时变性试验，确定了黏度时变函数；基于水平集方法，通过在数值模型中自定义黏度时变性函数，实现了考虑浆液黏度时变性的动水注浆数值模拟，得到了考虑和未考虑黏度时变性的浆液扩散形态和扩散距离。结果表明：水灰比为0.6～1.0的NF水泥基浆液属于宾汉流体，其黏度随着时间的推移呈指数增长；浆液扩散过程中，流场中浆液黏度变化表现出稳定区和下降区2个阶段；其扩散形态由初始阶段圆形变化为椭圆形至最后稳定为U型；浆液扩散距离与时间呈正相关，并随水灰比的减小而减小；未考虑浆液黏度时变性所得扩散距离始终大于考虑浆液时变性所得扩散距离，且随着注浆时间的增加，浆液黏度时变特性对扩散距离的影响越显著。