采动岩体力学——一门新的应用力学研究分支学科

采动岩体往往是由破坏后的各种块状岩体组成，它最显著的力学行为特征是破断一运动。本文从岩石的本构理论，采动岩的灰色结构、岩体有－破裂－结构－运动全过程描述，有支 力场等方面对采岩体力学的发展加以阐述。指出采坳岩体力学发展过程中应注意的问题。认为作业矿岩石力学的研究重点，采动岩体力正在逐步发展成为一门完整独立的学科分支。     

节理化岩体开采沉陷的损伤统计研究

构造了一台无初始节理和一套有初始节理的岩体采动沉陷相似材料模型，进行模拟开挖实验，系统研究初始节理对岩体采动沉陷的影响规律，然后运用损伤力学理论研究节理在岩体采动沉陷中的作用，建立了地表移动特征值与岩体损伤变量的经验关系．     

开采沉陷工程岩体本构关系研究

传统开采沉陷理论存在对采动岩体本构关系研究不够的问题, 本文在运用现代工程地质学理论和现代数学力学理论相结合, 对采动岩体本构关系进行深入研究的基础上, 提出了用“黑箱”问题“灰箱”化的全息反分析法, 确定采动工程岩体本构关系及其有关参数。实例分析表明, 对于复杂岩体结构的开采沉陷问题, 能够取得满意的结果。     

结构化岩体采动裂隙分布规律与分形性实验研究

采动岩体裂隙形成、扩展和分布均十分复杂，而初始结构面的存在使其更加复杂。本文借助相似材料模型实验，模拟了结构化岩体采动裂隙的分布规律，应用分形几何理论研究采动岩体裂隙分布的自相似性。研究表明：具有初始结构面的岩体采动后形成的裂隙网络具有很好的统计自相似分形性质，分形维数可以综合描述采动岩体裂隙化程度，且地表沉陷特征值与分形维数具有明确的数量对应关系。     

岩体动力学和岩体动力工程专题序

<正>随着我国西部大开发战略和“一带一路”倡议的实施，一大批国家重大基础设施建设如白鹤滩水电站、锦屏二级水电站、南水北调西线工程以及其他岩石工程建设陆续开展。同时能源地下储存、高放核废物的深地质处置、二氧化碳地下封存等岩体工程也引起政府的高度重视，有些已纳入国家发展规划。这些岩体工程建设带来了许多岩石力学前沿课题和亟待解决的工程技术难题，为岩石力学学科提供了前所未有的发展机遇。岩体工程在施工和服役阶段，地震、爆破等动载荷不可避免会对其造成不同程度的扰动，     

破碎岩石气体渗透性的试验测定方法

为了测试采矿工程中松散破碎岩体的气体渗透特性,设计了与MTS815.02岩石力学伺服机配套的气体渗透仪和测试系统。依靠MTS伺服机改变压力和位移条件,渗透仪用以稳定破碎岩石并连接气体测试系统,接入气源、组成回路和测试气透特性等由测试系统完成。通过对几组破碎砂岩岩样氮气渗透性能的测试,结合考虑状态方程的渗透率换算公式,得出破碎砂岩气体渗透率随压力和粒径条件的变化规律。该测试方法和测试结果在研究采动破碎岩体瓦斯等气体流动规律方面具有重要意义。     

采动诱发岩体移动破坏过程数值模拟研究

本文基于岩石介质的宏观非线性主要是由非均质性和各向异性造成的, 应用新的数值计算软件RFPA(2D), 对采动引起岩体失稳破坏的全过程进了数值模拟研究。     

岩石力学中的Fuzzy数学方法

鉴于岩石力学问题中的许多因素具有强烈的“模糊性”,本文利用Fuzzy数学来研究工程中的岩体力学问题;并针对露天矿山岩体变形破坏问题,应用Fuzzy概率测度理论导出了岩体变形破坏的Fuzzy概率公式,且给出了数值方法,实例计算表明,本方法适用于分析和研究岩石力学尤其是矿山岩体力学问题。     

卸压开采损伤煤岩气体渗透率试验研究

我国煤系地层的煤岩体渗透率普遍较低,直接影响煤矿瓦斯抽采效果。卸压开采使采场围岩受采动应力作用具备了峰后力学行为,其渗透率也大幅度增加,有助于瓦斯的高效抽采。本文基于MTS815.02型电液伺服岩石渗透试验系统,对卸压开采后损伤煤岩的气体渗透率进行了测试。研究表明:(1)卸压损伤煤岩石的渗透率在10-5～10-4 m2之间,较受采动影响前要大107～108倍;(2)卸压过程中,煤样的气体渗透率与围压近似呈线性关系,与岩样呈双曲线关系;(3)卸压损伤煤岩逐渐加围压,气体渗透率近似为线性下降,卸压阶段,其渗透率增加;(4)加卸围压对煤岩的气体渗透率有很大影响。研究结果可为卸压瓦斯高效抽采提供理论依据。     

反倾层状边坡弯曲折断的应力及挠度判据

以地质分析为基础 ,将反倾层状边坡的任意岩层概化为受复合作用力的板梁模型 ,通过简单的力学解析 ,开展了反倾层状岩石边坡弯曲折断判据的研究。依据岩层折断时和相临岩层的瞬时关系 ,将岩层下部视为瞬时临空状态 ,考虑岩层自重荷载和上部岩层附加荷载 (上部岩层重力荷载、层间摩擦力 )的共同作用 ,基于最大拉应力准则 ,提出了岩层弯曲折断的应力判据 ;依据应力判据 ,得到了岩层弯曲折断的挠度判据 ;利用应力判据及挠度判据 ,可实现反倾层状边坡弯曲折断的现场判定及其控制设计     

应用真三维岩体建模仿真技术推进岩石力学教学改革

随着计算机技术的发展和研究项目最新成果的取得, 把岩体真三维建模仿真技术引入到岩石 力学教学改革与实践中, 挖掘教学资源潜力; 开展岩体结构、岩石变形与破坏过程的数值试 验, 再现许多物理实验所不能观察到的力学现象, 例如岩体的空间真三维结构、岩石破坏过 程块体滑落等, 从而使学生对岩石的变形与破坏过程有更加清晰的认识, 提高岩石力学实验 的教学质量.     

考虑温度效应的层状复合岩石力学损伤试验及模型研究

为研究层状复合岩石高温作用下的力学特性,对相似材料制备的层状复合岩石进行20℃（室温）,100℃,200℃和300℃热处理,并开展单轴压缩试验获取其物理力学参数。结果表明,随着温度升高,层状复合岩石质量变化率与体积膨胀率呈上升趋势,且在100℃时增幅明显。拟合各力学参数的经验公式发现,峰值强度及弹性模量趋于劣化并呈线性降低,峰值应变与温度成正相关。随着温度升高,层状复合岩石呈剪切–滑移型破坏,单一类岩石由剪切破坏向张拉–剪切破坏转化,破坏时微裂纹数量增多,在300℃时延性特征显著。引入考虑温度效应的岩石本构模型并拟合了不同温度下的应力应变曲线,该模型较好地表征了热处理后层状复合岩石的损伤演化规律及破坏特征,合理地揭示了层状复合岩石高温作用后的损伤机理。     

层状盐岩力学特性研究进展

盐岩具有孔隙度低,渗透率小,损伤自恢复和塑性变形能力大等特性.本文着眼于深部盐岩能源地下储备,在简要介绍国内外盐岩力学特性研究现状基础上,着重综述了近期关于层状沉积型盐岩工程力学特性研究的进展.层状盐岩压缩试验表明泥质硬石膏夹层对盐岩体的变形和破坏特性有明显的影响,揭示了复合岩体的变形和破坏机制;层状盐岩流变试验表明层状盐岩的蠕变主要由盐岩层控制,硬夹层的存在对溶腔围岩的长期蠕变起到抑制作用;为了深入了解界面的力学特性,开展了层状盐岩直接剪切试验、间接拉伸试验和界面微观分析试验,试验表明层状盐岩体中盐岩夹层界面具有较强的黏结力,这十分有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性;针对特殊的层状岩体提出了复合岩体Cosserat介质扩展本构模型,并应用于层状盐岩构造中能源储库稳定性分析中.最后指出了层状盐岩工程力学特性研究中值得关注的几个重点研究方向.      

国外岩体土力学方面研究工作概况

(一)国外概况岩体力学是一门比土力学更年轻的,研究岩体工程地质条件和物理、力学特性及其变化规律的学科。1950年以后国际上才正式承认岩体力学是力学的一门分支学科。50年代由于采矿、水电、建筑、交通等事业迅速发展,工程中的岩体力学问题越来越被人们重视,许多国家陆续建立了专门研究机构,如法国多科工艺学院的固体力学试验室,奥地利萨尔兹堡的以L·米勒为领导的地质力学研究中心,意大利的ISMES研究室,葡萄牙里斯本的建筑研究试验室,苏联乌克兰的矿业研究所,美国农垦局和矿务局的岩石力学试验室,挪威土工研究所,英国土力学会下的岩石力学工作组,以及瑞典和日本等国均设有类似     

岩体力学试验的理论分析

本文通过对岩石力学试验中岩石试件破坏方式的分析, 在理论上解释了岩体力学试验中经常遇到的一些力学现象并且作出了定量的回答, 同时还建立了岩石的各种破坏模式的判据。     

水布垭水电站坝基岩体地质模型研究

围绕水布垭水电站坝基地质模型研究 ,开展了工程地质调查、岩石力学室内外测试和试验和工程应用的研究。在大量野外工作及理论分析的基础上 ,详细研究了水布垭水电站工程地质岩组 ,地质构造规律及坝基岩体地应力和水文地质条件 ,建立了坝基岩体的概化地质结构模型。开展了针对坝基基本地质模型单元的岩体质量评价 ,提出了坝基基本地质模型单元的岩体力学参数     

3D打印技术在岩石力学中的应用

3D打印技术是近30年快速发展的先进制造技术,不同于传统成型技术所采用的压制、锻造、铸造等方法,3D打印技术的原理是通过计算机构建三维数字模型后,用极薄的物理层将构件叠加打印出来。本文根据打印材料以及成型工艺的不同,对代表性3D打印技术进行了详细的分类,并阐明了不同种类的3D打印机工作原理,同时总结了3D打印技术的研究现状,并且结合已有的研究成果分类阐述了3D打印技术在岩石力学中的应用,其中包括基于3D打印技术的岩体物理模型研究、3D打印岩体各向异性特征研究、常温下3D打印岩体的力学性能研究、高温下3D打印岩体力学性能研究。最后总结了3D打印技术在岩石力学应用中的主要优势,并结合目前研究情况提出了3D打印技术在岩石力学中的应用的下一步研究。     

冲击速度和轴向静载对红砂岩破碎及能耗的影响

地下岩体工程爆破开挖中，距爆源不同距离处岩体承受的地应力和动载荷大小不同，从动载荷的角度表征岩石动态破坏结果与工程实际更吻合。为研究动载荷和地应力大小对岩体破碎和能量耗散特性的影响，利用动静组合加载试验装置，分别设置7个冲击速度和轴向静应力等级，对红砂岩试件进行冲击试验。根据试件的破碎状况，分析不同静应力工况下冲击速度对岩石破坏模式和机理的影响。计算不同工况下的应力波能量值，研究冲击速度和轴向静应力对岩石能耗特性的影响。对破坏试件进行筛分试验，研究岩石破碎分形维数随冲击速度和轴向静应力的变化关系。结果表明，随着冲击速度的增大，试件的破坏程度逐渐加大。无轴压时岩石试件破坏后整体仍是一个圆柱体，属于张拉破坏；有轴压时岩石试件宏观破坏后呈沙漏状，属于拉剪破坏。岩石耗散能随冲击速度的升高呈二次函数关系递增；轴向静应力越高，递增幅度越小。随着冲击速度的升高，岩石分形维数由零逐渐增加；随着轴向静应力的升高，分形维数由零转为大于零的临界冲击速度先升高后降低。     

破碎岩石渗透性的试验测定方法

传统的试验仪器和方法仅能测试岩石破坏前的渗透系数，文中介绍了一种自行设计并已获国家专利的破碎岩石压实渗透仪，依靠其与MTS815.02岩石力学伺服系统连接匹配。利用MTS的两套闭环系统施加轴压和孔压，可测试压力作用下岩石破碎后的渗透系数，对破碎砂岩进行高压下的渗透测试进一步说明该方法的可行性。利用该方法得出的测试结果。对破碎岩体中渗流问题研究及灾害防治具有参考价值。     

侧向压力对岩块极限承载能力的影响研究

工程岩体宏观力学参数特别是极限承载能力的研究是岩石力学最基本、也是最困难的研究课题之一。本文采用数值模拟方法研究了侧向压力对岩块极限承载能力的影响,得到了侧向压力与极限承载能力之间的函数关系,同时还找出了岩块声发射随着侧向压力的变化规律,这些问题的解决对于用数值模拟方法研究岩体工程的宏观力学性能无疑是很有意义的。