松散矿岩的剪切性质及其理论

本文研究了松散矿岩的剪切强度及其影响强度的重要因素,同时检验库伦公式在松散矿岩的条件下应用的可靠性,从而寻求到一个比较简单和完善的、适用于松散矿岩的数学模型。作者利用大型直剪机和先进的测试手段,对松散矿岩的不同粒度,级配、含水量和压实度等多种参数对剪切强度和内摩擦角的影响进行了试验和理论分析,发现在用土力学中的库伦公式对全部试样的结果进行处理时,如果把同一试样施加的同一垂直应力归为一组来比较,发现后面循环的剪切强度总是较前面循环试验所得的剪切强度要高。这种系统的差别表明采用库伦模型来处理像本试验中这样的松散矿岩,必定有某种未知的重要因素未加考虑。为了查明在库伦模型中未改虑的重要因素,采用典型试样L_5的结果进行了分析,从单位体积变形能的观点,推导出适合于松散矿岩的一个新的数学模型,即τ=D′_1σ+D′_2nσ+D′_3σ~2。从这个新的剪切强度公式可以看出,库伦公式未考虑的重要因素就是材料的孔隙率n。用新的公式来处理L_5的结果,不仅与数理统计理论相符,而且可从理论上解释其逻辑性。此外在实践中也可以减少大量的试验试样和试验时间。在对试样L_5进行典型分析建立的各种应力应变和剪切强度的关系,同样也适用于其他试样结果的分析,这就更进一步证明新的公式的可靠性。     

含甲烷水合物松散沉积物的力学特性

通过含甲烷水合物松散沉积物三轴测试,首次基于临界状态原理探讨水合物沉积物发生应变软化、硬化破坏形式的机制,重点分析各强度参数变化规律及其对破坏模式的敏感性。结果表明:三轴剪切试验过程中沉积物破坏模式受有效围压、水合物饱和度等因素共同控制;破坏模式对峰值强度、起始屈服强度、起始屈服模量、内聚力、内摩擦角等参数的影响较小;不同破坏模式条件下水合物沉积物切线模量、峰值剪切模量等参数变化规律完全不同,其计算模型须在不同破坏模式框架内分别分析,而不能忽略破坏模式的影响建立笼统的水合物沉积物强度参数计算模型。     

裂隙矿岩的动载特性

用ＳＨＰＢ高速冲击试验机，对４种不同裂隙类型的矿岩进行高速冲击试验，测定矿岩在高速冲击作用下的应力波形，应变历史，应变率历史，应力历史，应力－应变曲线，应力－应变－应变率的关系，应力－应变－裂隙类型的关系。算出动态破坏强度和动态弹模，定量进行动静态矿力学物性比较，得出裂隙矿岩与完整矿岩在不同力学状态下的数值关系。     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。     

关于松散介质放出的几个问题的研究

本文用随机理论对松散介质的流动进行分析,得出了移动漏斗、放出体及松动体的表面方程式和运动场中松散介质的密度分布计算式。建立了松散介质流动时必须满足的条件,并指出放出体及松动体均不是椭球体,它们最大的宽度不在其长轴的1/2处,而是随矿岩的物理力学性质的变化而上下移动。     

复合岩梁的特殊力学特性

复合岩梁是解决矿山顶板压力问题的力学模型,本文根据实验研究,探讨了复合岩梁的强度特性、变形特性及破坏特性。提出了复合岩梁具有应力似连续效应、变形边界效应、粘合状态的影响和层间摩擦力等特殊性质。上述研究的初步结果可为今后的现场矿压现象和支架类型的研究提供参考。     

水-岩相互作用下华南红层软岩力学特性

为研究红层软岩的水-岩相互作用,开展了不同含水率红层软岩的三轴压缩试验,分析了含水率对力学特性、破坏形式、微观结构和损伤机制的影响,构建了含水红层软岩的统计损伤本构模型。研究结果表明：随含水率的升高,红层软岩的峰值应变呈线性递增,峰值强度和弹性模量分别呈线性和指数函数递减;含水率对红层软岩的破坏模式产生明显影响,含水率较低时的破坏形式为剪切破坏,随着含水率的增加,破坏形式向剪切-张拉复合型破坏转变。在水-岩相互作用下,华南红层软岩的孔隙颗粒物相互吸附,形成片状结构;在饱水状态下,片状和鳞状结构进一步增多,整体结构变得更加松散破碎。考虑水-岩作用,引入损伤修正系数对本构模型进行改进,改进后的统计损伤本构模型计算结果与试验结果一致,能较好地描述水岩作用对红层软岩力学性质的影响。     

多放矿口条件下崩落矿岩流动特性

基于离散元理论和PFC3D程序构建放矿模型,探究多放矿口条件下崩落矿岩流动特性,实现多放矿口条件下放出体及矿石残留体形态变化过程的可视化。同时,将模拟结果与已有研究结论进行对比分析,验证基于PFC程序的放矿模型在崩落矿岩流动特性研究中的可靠性。放矿PFC模拟结果表明,多放矿口条件下放出体形态会因各放矿口间的相互影响而产生交错、缺失等程度的不同变异,并不是一个规则的椭球体。在单一放矿口和多放矿口条件下,放出体高度的变化趋势均可概括为两个阶段：在放矿初始阶段,放出体高度呈指数形式快速增加,随放矿量的增加,其增长率逐渐减小;随后,放出体高度将随放矿量的增加而呈线性增长的趋势。矿石损失率随放矿口尺寸及崩落矿石层高度的增大而减小,随放矿口间距的增大而增大。当相邻放矿口间产生相互影响时,平面放矿方式与立面放矿方式相比,其矿石残留量更小,且崩落矿岩接触面呈近似水平状态下降。     

复杂边界条件下崩落矿岩流动特性

基于颗粒元理论和PFC3D程序,构建放矿模型,开展对倾斜矿体复杂边界条件下崩落矿岩流动特性的研究,实现放出体(IEZ)形态的可视化。同时,将模拟结果与已有研究结论进行对比,验证基于PFC程序的放矿模型在崩落矿岩流动特性研究中的适用性与可靠性。研究结果表明:因受到倾斜边壁的限制,在复杂边界条件下放出体形态产生不同程度的变异,并不是一个规则的椭球体;在3类边界条件下,在放矿初始阶段,放出体高度呈指数形式快速增加,随着放矿量的增加,其增长率逐渐减小,随后,放出体高度将随放矿量的增加呈线性增长;下盘残留量随矿石层初始高度与矿石水平厚度之比(H/T)的增加而增加,其增长率逐渐降低,而随矿体倾角的增加而明显降低。     

对多漏孔放矿放出体的研究

经采矿场下面漏孔放矿时,矿石颗粒点移动情况(坐标变换)用式(1)和式(2)表述。用这个方程可以求算移动场内的点、线、面、体的座标位置的变换。 多漏孔放矿时,可按放矿的逆顺序,对各漏孔施行逆变换,即依次将前一漏孔放出的矿石Q_1塞回去(放出-Q_1),便可求得从后一漏孔放出矿石Q_2的原来形态和位置——放出体。如此,继续进行逆变换,就可以求出全部漏孔的放出体。     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

粘土岩物理力学及工程特性研究综述

本文较为系统的梳理了国内外学者在粘土岩研究领域所取得的成果,主要包括粘土岩的矿物组成、粘土矿物的微观结构、历史成因及其物理力学性质等四个方面,其中对其物理力学性质的综述涵盖了粘土岩的结构、构造和颜色、粘土岩的密度及可塑性、粘土岩的强度特征、粘土岩的膨胀特性、粘土岩的水理性质和粘土岩的流变性能等六个子项。因近年来将粘土岩作为高放废物地质处置库的潜在围岩成为学术界研究的热点课题,本文还专门论述了国内外学者在该领域实施的开拓性工作。在此基础上,本文对部分研究成果进行了讨论,并提出了继续开展粘土岩区域性成因调查、多类型粘土岩物理力学性质对比研究和粘土岩作为地下工程构筑物潜在围岩的长期服役效能研究等三个前沿课题。     

特殊矿岩物理力学性质相关性与分级研究

对于可凿性可爆性不一致的特殊矿体,不能采用目前常用的评价标准比较单一的矿岩坚固性分级方法,须对其可凿性和可爆性分别评价以确定凿岩爆破参数.其可凿性和可爆性可用其物理力学性质分别进行评价.利用线性和高次回归方法,对所测定出的特殊矿岩的物理力学性质进行相关性研究,发现矿岩的波阻抗Z、弹性模量E和抗拉强度σL最能反映矿岩可凿性可爆性,并对凿岩爆破工作提出了可行建议.图5,表2,参10.     

试论公路沿线高边坡软岩力学特性及其稳定性

论文首先阐述了公路沿线高边坡软岩的意义,并探讨了软岩边坡变形破坏地质力学特征,系统地研究山区公路典型软岩边坡流变特征及其软岩边坡的稳定性问题,并提出了相关的边坡处置措施。     

黏土岩物理、力学及其工程特性研究

较为系统地梳理了国内外学者在黏土岩研究领域所取得的成果,主要包括黏土岩的矿物组成、黏土矿物的微观结构、历史成因及其物理力学性质等四个方面。其中对其物理力学性质的综述涵盖了黏土岩的结构、构造和颜色、黏土岩的密度及可塑性、黏土岩的强度特征、黏土岩的膨胀特性、黏土岩的水理性质和黏土岩的流变性能等六个子项。因近年来将黏土岩作为高放废物地质处置库的潜在围岩,成为学术界研究的热点课题;还专门论述了国内外学者在该领域实施的开拓性工作。在此基础上,对部分研究成果进行了讨论;并提出了继续开展黏土岩区域性成因调查、多类型黏土岩物理力学性质对比研究和黏土岩作为地下工程构筑物潜在围岩的长期服役效能研究等三个前沿课题。     

放矿力学

本文介绍了松散矿岩从矿块放出的力学规律及其应用，包括放矿动力学、放矿静力学和放矿运动学．文中阐明了用中间移动角代替当前应用较普遍的椭球体以“偏心率”作计算参数的理由和意义；介绍了选择采矿方法和最优结构参数的电算数值模拟法和新的矿块底部结构．     

松散物料力学的若干理论和实践

本文讨论了松散物料力学的一些基本问题:屈服轨迹,静屈服轨迹和动屈服轨迹;在它上面没有切应力和正应力的自由表面;有效屈服轨迹和时间效应;主动应力状态和被动应力状态;松散物料的主应力轨迹,拱的理论等。在每个问题中,既讨论了理论问题,也讨论了实践问题。     

矿岩均质体各向导性渗流特性

以德兴铜矿矿石为实验物料,采用均匀设计法确定散体渗流实验方案,在自制多功能浸出实验台架上进行水平和垂直渗流实验,实验结果采用SPSS统计软件进行回归分析.结果表明:垂直向下的渗流系数最大,其次为水平方式,垂直向上的渗流系数最小;均质体各向异性系数变化范围为1.38～6.73,平均值为4;粗粒含量P5在35%～60%之间以及含泥量在1%～5%之间,散体的渗流系数变化呈先升后降现象;渗流系数与孔隙率呈幂函数关系,随孔隙率增大而上升;孔隙率随0.1～0.2 mm的物料含量增加而下降,随10～8 mm和8～4 mm含量之积增大而上升;渗流指数m与雷诺数Re之间存在幂函数关系,对于判定渗流状态两者是一致的;西源排土场水平渗流系数为3.68×10-2m.s-1,垂直渗流系数为1.51×10-2m.s-1.     

基于原位直剪试验的岩土体力学特性研究

岩土体力学参数是分析露天开采矿井边坡稳定的必要基础数据,原位直剪试验是获取岩土体可靠力学参数的重要方法。以内蒙古白云鄂博西矿露天边坡为工程背景,提出一种改进的原位直剪试验装置,即通过将型钢用锚杆锚固于岩土体内为垂直液压千斤顶提供作用反力的方式替代堆载装置,开展矿区典型岩土体力学特性研究。结果表明:不同区域及类型的岩土体,其内聚力的偏差较内摩擦角更大;岩土体的微观构造及宏观结构显著地影响着岩土体力学特性与剪切面破坏形态;这种改进的原位直剪试验装置在实际操作中是切实可行的,可为矿区边坡稳定性计算分析提供重要的参考依据。     

砂砾岩地层的岩石力学特性及钻头优化方法

 为了提高珠江口盆地含砾地层的钻井速度,对该油田的矿物组份及岩性进行了分析,开展了含砾地层的强度、可钻性和研磨性室内实验,弄清了该油田砂砾岩地层的岩石力学特性.根据地层的岩石力学特性和邻井钻头的使用效果,从聚晶金刚石复合片(PDC)钻头的复合片、冠部轮廓、布齿方式和水力结构等方面,对PDC钻头进行结构优化.优化后的新型PDC钻头进尺比普通PDC钻头提高131%以上,钻速提高82%以上,钻井成本每米减少28%.本文提出了考虑地层岩石力学特性、钻头使用效果和钻头综合性能相结合的优化方法,该方法简单有效.