层状采动岩体力学基础研究

本文将层状采动岩体视为一种特殊的力学介质，从建立岩石力学分支学科的高度，把采场矿压和岩石移动及地表沉陷三个方面的矿山压力研究作为整体开展力学基础研究。论述了层状采动岩体力学的研究任务与方法，以及岩层控制中的关键层理论。     

节理裂隙岩体损伤力学研究中的若干问题

节理裂隙岩体损伤力学的研究与应用有着很好的发展前景。但作为一种经历并隐含了复杂的应力、变形及损伤历史的地质体,节理裂隙岩体在物理、力学特征上较一般工程材料具有更显著的随机性、特殊性和复杂性,因而,在其损伤力学研究中有不少基本的、重要的问题还没有解决。本文根据笔者近年来的研究体会,列举了该研究领域的若干重要问题,并就其可能的解决途径与发展趋势提出了一些初步的看法。损伤力学,节理岩体,岩体力学,损伤,断裂      

裂隙岩体注浆模拟实验研究

通过单一裂隙岩体和裂隙网络岩体注浆渗流模拟实验,分析和总结了裂隙岩体注浆渗流中的一般规律,并讨论了影响注浆渗流工程的各种因素。     

金川Ⅲ矿区岩体分类及其力学特性参数预测

本文针对金川Ⅲ矿区岩体质量及参数,并在11个钻孔数据资料的基础上,采用数学统计和数值模型来分别分析矿区岩体质量和力学参数的特征。对11个钻孔的资料进行详细的统计分析,进行每一个钻孔不同深度的岩体节理裂隙统计和岩体分类评价,并由此获得了建立矿块力学参数模型的数据。再建立表征整个岩体特性的三维力学模型,并揭示了矿块力学特性的分布特性和变化规律。此研究为崩落法采矿设计和数值模拟提供可靠的依据。     

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。     

简论岩体的力学模型

从岩体的地质特征和力学行为出发，分别讨论岩体的力学模型，运用劳丹的科学合理性模式分析连续介质和不连续介质两类力学模型的作用和地位，提出两类模型不是对产的而是互补的，今后的发展是建立既能反映性又能反映不连续性的统一的岩体力学模型。     

单轴压缩条件下溶蚀岩体力学特性数值试验研究

工程尺度的溶蚀岩体难以开展室内外力学试验,导致溶蚀岩体的力学参数获取存在困难,因此基于岩石矿物含量特征、室内力学试验和岩体结构面特征,采用三维颗粒流离散元法,通过建立等效孔隙型溶蚀岩体模型进行单轴压缩数值试验,进而分析其力学特性和变形破坏机制。研究表明：采用改进平行黏结模型,基于细观矿物特征,通过元胞自动机算法剔除颗粒可建立孔隙型溶蚀岩体模型;加载前期,岩体结构面首先快速破坏而产生以剪切为主的微裂纹;随加载进行,岩块内逐渐产生以拉裂纹为主的破坏,其微裂纹呈指数增加,而结构面微裂纹先激增后趋于稳定;相同轴向应变时,岩块内拉裂纹随溶蚀率增加而增加,而结构面剪切微裂纹减少;岩体的变形破坏分为结构面快速破坏、岩块弹性变形、岩块塑性变形和岩体完全破坏等4个阶段,其破坏形式随溶蚀率增加而从整体均匀性破坏转化为局部结构性破坏;溶蚀使岩体强度降低,溶蚀率与单轴抗压强度和变形模量分别呈反比和负指数函数关系。     

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。     

层状岩体的Cosserat介质均匀化

将层状岩体视为由Cosserat介质组成的复合体,对其进行均匀化等效,在MATLAB平台上进行有限元编程,得到新等效本构关系。不仅能反映层状岩体的弯曲特性,而且可以对节理岩体的力学性能进行宏观和细观描述。通过对洞室算例进行显式节理模型、横观各向同性模型以及均匀化Cosserat等效模型三种方法的数值计算比较,证明理论分析与计算方法可行有效。     

节理岩体断裂的损伤与分形效应

本文在岩石断裂的基础上,利用损伤的概念,建立起岩体断裂能与初始损伤的关系,并借助于岩石断裂能与断裂面分形维数的关系,给出了节理岩体的断裂能与断裂面分形维数之间的关系.本法为直接从岩石的断裂参数推出节理岩体断裂参数,提供了一条简捷的途径.     

完整岩体卸荷破坏的模型试验研究

本文在真三轴应力状态下，采用三种与工程开挖对应的卸荷方式，对完整岩体模型试样进行了卸荷破坏试验．通过对试样在整个试验过程中的应力、应变及声发射等进行的量测，以期揭示岩体在工程卸荷条件下的变形破坏特征     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

岩体施工过程损伤演化预测的时变力学分析

由建立的岩体损伤本构模型，依据时变力学理论对岩体进行不同施工路径下的分步开挖计算，并对施工过程中各点损伤演化历程进行计算机仿真模拟，以预测后续开挖的损伤状态及寻求较优施工步序。理论及算例分析均表明：存在损伤演化时，不同施工步序下岩体终应力位移和损伤状态均不同，设计与施工应进行损伤演化的时变力学分析，以保证施工安全。     

岩体原位流变荷载试验的力学参数与模型反演

根据现场岩体原位测试的60m和70m处两试验点的流变变形曲线,首先通过曲线特征筛选出了能够描述其变形特性的流变模型(三参量固体模型,Burgers模型),基于粘弹性分析理论及两步反分析法思路,建立了荷载试验的三参量固体模型、Burgers模型的位移优化反演格式,利用分级加载所获得的瞬时弹性位移,反算出了两试验点处的岩体弹性体积模量K、剪切模量G0和变形模量E0,并由优化反演方法获得了两模型的所有流变参数G1,η1,η2和E1以及长期弹性模量E∞。利用所获得的粘弹性参数分别计算出了在不同载荷下两种模型的理论解析曲线,并与实测曲线进行了分析对比,最终获得了能够较真实地描述试验区域岩体流变变形特性的最佳模型,即三参量固体模型。通过对比分析验证了所用思路及方法的正确性和实用性,文中方法虽然应用于流变荷载实验情况,但其具有一定的普遍意义,可应用于不同状况的流变实验的参数确定和模型反演。     

塔河油田超埋深碳酸盐岩油藏基质的力学试验研究

碳酸盐岩油气藏在全球范围内分布广泛,其中30%以上为缝洞型碳酸盐岩油气藏。在我国缝洞型油藏占已探明的碳酸盐岩油藏储量的2/3,是今后增储的主要领域。为准确揭示碳酸盐岩油藏基质的力学特性,本文以塔河油田奥陶系油藏地层为研究背景,通过现场深孔钻井取样得到埋深达5300~6200m的碳酸盐岩油藏基质岩样,并通过力学试验首次获得超埋深碳酸盐岩油藏基质的弹模、泊松比、抗压强度、抗拉强度、粘聚力、内摩擦角等力学参数,借助电镜扫描试验揭示出超埋深碳酸盐岩的微细观破裂机制。该项研究成果可为分析碳酸盐岩油藏溶洞的垮塌破坏机理提供有效的试验参数。     

断层内破碎岩石渗透性的实验研究

断层破碎带岩石的渗透性是影响地下工程中由渗流失稳而引发灾害事故的重要影响因素之一。利用一种专门的破碎岩石压实渗透仪,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上测试了取自断层内的破碎灰岩、破碎砂岩、破碎泥岩的渗透系数,得到并分析了轴向压力、岩样粒径、水流速度与渗透系数的关系曲线。研究表明:破碎岩石渗透系数与其压实状态密切相关,随着轴压的增加,渗透系数都相应降低;在相同的轴向压力状态下,岩样粒径越小,其渗透系数也越小,因此,挤压程度和充填程度都较低的小断层导水性好,容易导致突水;破碎岩石的渗透系数随着水流速度的增大呈减小趋势,但水流速度对破碎岩石渗透系数的影响程度有限;在相同的压力、粒径情况下,破碎泥岩的渗透系数比破碎灰岩、破碎砂岩的要小1～2个量级,说明当断层上下盘为坚硬岩石时,断层带渗透性好、易导水。研究结果可为采动过程中评价断层的导水性提供参考。     

Research on Equivalent Processes of Rock Mass Parameters with Anchor Piles

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｉｓｓｕｒｅｒｏｃｋｍａｓｓｉｓｔｈｅｍａｊｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅａｎｄｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ.Ｍａｎｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｐｌａｎｅｓｕｃｈａｓｓｔｒｉｋｅ ,ｄｉｐ ,ａｐｅｒｔｕｒｅ ,ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｕｍｅｔｃ .ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｒｏｎｇｌｙａｎｄｅｖｅｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏｃｋｍａｓｓｌａｎｄｓｌｉｄｅ .Ｈｉｔｈｅｒｔｏ ,ｑｕｉｔｅａ…     

界面强度对玻璃微珠填充聚丙烯力学性能的影响

本文针对玻璃微珠填充聚丙烯这一刚性粒子填充聚合物复合体系进行了实验研究。通过偶联剂改性对比,研究了该聚合物复合材料在不同界面粘结状态下的宏观拉伸、冲击力学性能。此外,根据冲击破坏断面的电镜观测结果,发现复合体系的断裂和增韧机制随界面粘结强度不同而发生改变,界面改性使得材料抗冲击破坏能力得到增强。本文还采用在位拉伸过程中的细观观测方法,观测到材料在一维应力作用下,刚性粒子和基体界面的脱粘、开裂过程,分析了该复合体系细观结构和宏观力学性能之间的关系,发现界面改性对于材料细观结构的界面脱粘和宏观屈服现象的重要影响,为发展新型复合材料提供了实验依据。     

全尺寸隔水管在复杂应力状态下的力学特性试验研究

为对隔水管在复杂应力状态下的力学特性进行试验研究,研制了能够模拟高液压环境下管柱力学行为的特殊试验装置——深水管柱力学模拟试验系统,并借助该系统对全尺寸隔水管在受内外压条件下进行了力学特性模拟试验。结果表明:试验系统运行良好,能够有效地按照要求进行加载、卸载。试验中通过对隔水管试件进行内外压加载,同时对系统两端的轴向活塞加压,消除了由于内外压产生的轴向力,实现了在内外压条件下的隔水管力学特性模拟试验。通过在管柱外壁粘贴电阻应变片,得到了其真实径向应变与环向应变随内外压变化的关系曲线,并通过分析计算得到了试件的真实应力状态。由于隔水管加工制造等方面的误差,真实的应变数据、应力状态与理论推导结果并不重合。为了提高深水作业的安全性与经济性,可以借用试验结果对理论推导值进行修正,也说明了用试验方法进行隔水管力学特性研究的重要性。该试验系统为深水作业管柱等的模拟试验提供了一个良好的平台,能够有效降低深水钻采作业的风险,提高深水钻采作业的经济性与安全性,具有较高的推广应用价值。     

Stable Equilibrium of the Multilayer Lining of a Vertical Mine Opening in Elastoplastic Rock Mass

Based on the three-dimensional linearized theory of stability, the stability problem is solved for the multilayer lining of a vertical circular mine opening in rock mass under inelastic conditions. The effect of the geometric and physicomechanical parameters of the lining and rock on the critical contact pressures is evaluated