岩石水压致裂过程的数值模拟分析

应用岩石破裂失稳的渗流应力耦合分析系统(FRFPA2D),模拟分析了岩石在水力压力作用下破裂失稳过程,对比分析了不同均质度对岩石水压致裂过程的影响·结果表明,岩石的非均匀性对水压致裂的开始压力、失稳压力以及裂纹的扩展路径有很大的影响,对于不均质试样,水压破裂的开始出现要比失稳压力到达早得多,而对于均质试样,破裂初始压力和崩溃压力是不能区分的;同时,岩石的非均匀性也影响着破裂路径的粗糙度和不规则展布,模拟结果和相关实验结果具有较好的一致性·     

岩石试样弹塑性破裂过程数值模拟比较研究

应用岩石弹塑性破裂过程分析软件（REPFPA）,对岩石试样的弹塑性破裂过程进行了一系列的数值模拟比较研究。分别研究随机数发生器种子值、统计分布函数的形态参数m、单元数目、应力应变状态、试样中心有无弱区、边界条件、材料参数随机赋值方式等条件对岩石试样弹塑性破裂过程的影响。不仅在计算机上再现了岩石试样的弹塑性破裂过程,而且得出许多有意义的结论。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是很有意义的工作。     

弯曲射线CT技术探测岩石破裂区数值模拟

简述了弯曲射线ＣＴ技术的数学,物理学原理,利用编制的反演程序对多破裂区模型进行了数值模拟研究,结果表明该反演算法和程序稳定性好,精度较高,可以清晰地反演出破裂区分布。     

含硬包体岩石破裂演化过程的声发射数值模拟

从岩石的损伤模型出发，推导了受到损伤岩石的单元刚度矩阵，采用声发射数值模拟方法研究了含有硬包体岩石的破裂演化过程，研究了硬包体的形状对岩石破裂演化过程的影响，确定了主破裂即将发生的临界状态，研究了围压条件对岩石破裂演化过程的影响．论文工作对于进一步研究含有随机裂纹与硬包体同时存在的岩石破裂演化过程以及研究地震空区和条带的生成条件具有较重要的参考意义。     

岩石破裂过程分析RFPA~(2D)系统在采场上覆岩层移动规律研究中的应用

论述了岩石破裂过程分析系统RFPA2D在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算．研究结果表明，RFPA2D可以从几何、岩性、变形、破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂及地表的沉陷规律，从而为采场上覆岩层移动规律的研究提供了一种新的研究手段．     

基于多重分形理论的岩石试样破裂过程数值模拟

为了研究岩石破裂过程中的非线性特征,采用有限差分方法和FLAC软件,建立了服从应变软化关系的非均质二维岩石类材料数值试样,采用多重分形理论分析了在单轴加载过程中的标度不变性,并计算其多重分形谱f(α)。分析了f(α)特征参数Δf和Δα在不同加载阶段的特征,不同均匀程度的岩石试样在峰值强度前f(α)的顶点f(α)_(max)和Δα的演化规律。研究结果表明:采用合理的概率算法进行计算,在较大的尺度内标度不变性良好;f(α)曲线呈左钩形,并随着载荷的增加而趋于明显,同时Δα减小;若所有的盒子都存在可测度的参量,则f(α)_(max)随载荷增长,峰前f(α)_(max)与Δα随均匀程度的增加而下降,但在均匀性较高以后,趋于稳定。     

岩石破裂过程分析RFPA^2D系统在采场上覆岩层 …

论述了岩石破裂过程分析系统ＲＦＰＡ＾２Ｄ在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算，研究结果表明，ＲＦＰＡ＾２Ｄ可以从几何，岩性，变形，破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形，离层，断裂及地表的沉降规律，从而为采场上夺层移动规律的研究提供了一种新的研究手段。     

岩石破裂过程中声发射模式的数值模拟

利用数值模拟软件RFPA2D对在单轴压缩加载条件下3种不同均质度的岩石试件破裂过程进行了模拟研究,讨论了整个破坏过程中的声发射时间序列和空间分布规律以及相关的震源特征和前兆异常等·实验结果表明,随着均质度的增加,岩石在主破裂之前非线性逐渐减弱而脆性逐渐增强·3个岩石试件的声发射规律分别表现出群震型、前震主震余震型和主震型3种模式,结果和地震观测到的地震模式有很好的一致性     

单轴压缩下岩石材料体积效应的数值模拟

为了探讨体积对岩石材料强度和变形及其破坏形式的影响规律,从岩石材料的非均质性出发,应用岩石破裂过程分析系统RFPA^2D对同长径比不同体积的岩石进行了单轴压缩下的数值模拟研究,模拟结果表明随着体积的增大,岩石的强度呈衰减趋势,但在体积增大某个值以后时,岩石强度便基本趋于稳定,模拟结果和实验结果相吻合。对一组不同均质度系数下岩石材料体积效应的数值模拟结果表明,岩石强度的体积效应根源于材料的非均质性。     

含硬包体岩石破裂演化过程的声发射数值模拟

从岩石的损伤模型出发,推导了受到损伤岩石的单元刚度矩阵,采用声发射数值模拟方法研究了含有硬包体岩石的破裂演化过程,研究了硬包体的形状对岩石破裂演化过程的影响,确定了主破裂即将发生的临界状态,研究了围压条件对岩石破裂演化过程的影响.论文工作对于进一步研究含有随机裂纹与硬包体同时存在的岩石破裂演化过程以及研究地震空区和条带的生成条件具有较重要的参考意义.     

基于可变数组管理方法的震塌破坏数值仿真

以弹塑性力学和动力有限元理论为基础,采用动态数组和动态地址管理方法,依据震塌破坏准则,适时判断震塌破坏单元,并相应改变有限元计算区域以及由此产生的自由度、A数组及相关地址的适时改变,对防护结构在爆炸载荷作用下的震塌破坏效应进行了数值仿真研究. 在RSEAP程序的框架基础上,编制了相应的计算程序,并利用该程序对典型的钢筋混凝土板爆炸震塌实验工况进行数值仿真,仿真结果与实验结果的对比表明两者吻合较好.     

冲击载荷下混凝土破坏过程数值模拟

用二维梁-颗粒模型BPM2D(Beam-Particle Model in Two dimensions)模拟了混凝土动态破坏过程.梁-颗粒模型BPM2D是在离散元法基础上,结合有限元法开发的二维数值计算模型. 在模型中用三种类型梁单元形成混凝土数值试样.每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull) 分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化.利用此模型分析了混凝土板在弹体冲击条件下的破坏过程,并给出不同弹体初始速度条件下混凝土内部应力波传播过程.通过将计算结果与实验数据相比较,表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题.     

岩石覆盖层抗震塌机理研究

震塌破坏研究的主要目的是要建立震塌平面上的破坏应力与荷载参数的函数关系。采用一维弹脆性平面波理论,运用具有明确物理基础的破坏准则,对岩石介质中因冲击或爆炸产生的动力震塌破坏机理和过程进行了详细的分析,定量得到了震塌深度的变化规律。     

水压致裂作用下岩体参数对裂纹扩展影响的数值模拟

应用真实破裂过程分析系统RFPA2D20-Flow,以赋予材料非均匀性为特点,采用有限元计算方法,创建渗流-应力-损伤耦合模型.模拟分析了不同层理角度及不同岩石强度的非均质层理岩体在孔隙水压力作用下的水压致裂过程,描述了这两种岩体参数对拉伸裂缝萌生及扩展的影响趋势.模拟分析结果表明,层理角度和岩石强度对水压致裂作用下层理岩体裂纹扩展模式及岩体稳定性的影响是不可忽略的;随着层理角度的增加,最大主应力及层理弱面分别对压裂裂纹的萌生和扩展起主要控制作用;在同一层理角度条件下,随着岩石强度的减小,层理岩体的稳定性降低,其破裂模式亦产生较大的变化.     

非均质岩桥对裂纹扩展贯通机制影响的数值分析

通过考虑岩石试样中预置三裂纹之间岩桥力学性质和非均匀程序，运用东北大学开发的ＲＦＰＡ＾２Ｄ系统，研究了不同性质岩桥中裂纹扩展相互作用模式脑其贯通机制，模拟结果与相关的实验研究表现较好的一致性。     

层裂试验的数值模拟

近年来,层裂试验被用于测量脆性材料的动态拉伸强度,学者们提出通过初始层裂位置以及自由表面速度来计算层裂强度的方法,这两种方法的计算精度需要进一步研究.本文通过有限元模拟研究了层裂试验,结果表明,采用层裂位置来计算层裂强度的方法可以获得较高的精度,但是对波形有一定的要求.不应该采用半正弦波,而应该采用上升沿和下降沿部队称的波形.采用自由表面速度来计算层裂强度的方法应该采用上升沿时长小于下降沿的波形,但是无论采用什么样的波形,此方法基于简单波理论,带来不可忽略的误差,还需要进一步的改进和研究.     

采煤工作面冲击危险性数值模拟分析

工作面支承压力分布对于煤岩体中应力集中和弹性变形能储存起着重要作用,因而会对冲击地压的发生产生重要影响。本文通过数值模拟揭示采煤工作面在不同推进距离、不同煤体硬度和厚度条件下支承压力的变化规律,进而对工作面冲击危险性进行预测。研究表明,随着推进距离的增大、煤体硬度的增大及厚度的减小,煤岩体中的应力集中都将增大,从而增加工作面的冲击危险性。     

围岩损伤控制爆破数值模拟研究

为研究不同结构装药周边孔爆破对围岩损伤的影响规律,采用数值模拟方法开展了研究工作. 模拟结果表明,从获得良好爆破效果和降低围岩损伤的角度来看,在4种装药结构中,水+切缝管的效果最好,空气介质耦合时最差,中间依次为水介质耦合、空气+切缝管的装药结构. 因此在实际工程中,周边孔采用水+切缝管的装药结构,可适当增加炮孔间距或减小装药量,取得与其它装药结构相同的周边爆破效果,尤其对于松软破碎岩体爆破效果更加明显. 同时水的存在对于工作面的降尘和防止瓦斯爆炸等灾害事故的发生也具有一定的作用. 数值模拟结果与试验结果所得结论一致.      

节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope,对节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,同时求得安全系数·研究了岩体中节理贯通率、几何位置、倾角以及节理间岩桥长度等因素对边坡变形破坏模式、安全系数大小的影响,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素·RFPA-Slope对节理岩质边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,算例的模拟分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测节理边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是实用的·