液氮冷加载作用下煤样渗透特性研究

为了研究液氮冷加载对煤样渗透特性的影响,采用试验研究和理论分析相结合的方法,对不同冷加载周期煤样的孔隙、裂隙结构损伤破坏变化规律、各物理力学性质以及渗透特性展开研究,通过电镜扫描、波速测试、渗透试验和单轴压缩试验分别得到不同冷加载周期前后煤样裂隙的发育情况、波速衰减率、孔隙量、抗压强度以及渗透率的变化。试验结果表明：(1)液氮冷加载能促进煤样裂隙萌生和发育,有效地连接相对独立的裂隙结构,形成交织的裂隙网络,增大煤样气体流量,从而提高煤样渗透率。(2)温差效应与水冰相变的共同作用对煤样渗透性也有较强的促进作用。(3)随着冷加载周期的循环,煤样裂隙扩展宽度、扩展率均逐渐增大,力学性能减弱,抗压能力越来越差,煤样整体损伤程度严重,渗透率呈指数增长,比煤样初始渗透率提高了16.76倍。     

基于TFN-隶属度软化的露天矿岩体质量评价方法研究

为了解露天矿岩体质量,从露天矿某竖向范围的围岩、矿体顶板、矿体和矿体底板四个特征位置进行取样确定一定范围内的露天矿质量.岩石抗压强度R_c、黏聚力C、内摩擦角φ和岩体变形模量E作为评价的指标体系,并形成单因素指标岩体分类的五个级别.通过TFN确定指标的相对权重.提出隶属度软化方式,在确定样本对某级别的隶属度的同时,考虑其与相邻两级别隶属可能性,即隶属度软化,以方便样本的多指标评价.评价最大隶属度级别即是样本所属级别,最终根据各个样本的质量等级和综合评判规则判断露天矿岩体质量.实验表明:提出的方法比RMR、Q和可拓学评价得到的样本质量评级略低,能考虑当地工程经验,并偏于安今.     

粉质粘土结构性参数试验研究

为合理描述外部环境改变引起土体结构性的变化规律,基于综合结构势理论,通过三轴剪切试验,研究了应力比结构性参数(mη)随试验条件的变化规律。试验结果表明:粉质粘土应力-应变曲线包括应变软化型曲线、理想弹塑性曲线、应变硬化型曲线3种形式;粉质粘土强度随着含水量的增大而减小,随着围压的增大而增大。粉质粘土应力比结构性参数随着含水率和围压的增大而减小。采用初始应力比结构性参数和结构性损伤量参数两个参数,建立了粉质粘土结构性应力-应变数学模型。将试验结果与模型计算结果进行了对比分析,结果表明二者强度误差小于3%,说明了所建立模型的合理性。     

地震下含有逆坡裂隙的露天矿边坡破坏模拟与研究

为了解含有逆坡裂隙和水平裂隙的露天矿边坡在地震作用下的破坏过程和形式,基于颗粒流方法对边坡进行建模,并实施地震模拟。根据实例构建了露天矿边坡模型,并设置了87°的向斜左翼构造面裂隙和水平裂隙。数值模拟了地震载荷频率为5Hz时,加速度分别为0.2g、0.3g、0.4g、0.5g时的边坡破坏情况。其中每种加速度情况下选取的持续时间分别为8s、14s、20s及稳定状态(颗粒位移速度小于10~(-3)m/s),总计16种工况。模拟结果表明:随时间的发展,初期边坡坡面附近出现裂缝并向坡外发展,未开裂岩体始终完整稳定;各加速度下边坡岩体破坏和稳定的部分几乎相同;随着加速度的增加,边坡破坏时间逐渐缩短;逆坡裂隙边坡破坏主要是边坡内被裂隙分割岩石的倾覆、翻滚、垮塌;顺坡裂隙边坡是岩石的断裂,形成贯穿于边坡的破坏带。     

含水率和围压对安家岭泥岩峰后力学特性影响的试验研究

为分析含水率和围压对泥岩峰后力学特性的影响,从山西安家岭矿取泥岩,制成不同含水率的5组试样,在YAW2000电液伺服试验机上开展了三轴试验,获得了不同含水率泥岩试样三轴全程应力应变曲线,使用激光共聚焦显微镜观测了泥岩增水过程中微观结构变化。利用试验结果,分析了围压和含水率对泥岩峰值强度、残余强度、弹性模量、破坏应变和脆性模量的影响规律和泥岩增水过程中微观结构的变化规律。引入脆性模量系数和强度退化指数来描述围压对泥岩峰后强度退化过程和残余强度的影响,与FLAC中的SS模型结合,建立了考虑围压影响的泥岩应变软化力学模型,模拟了围压对泥岩应变软化行为的影响。研究结果表明:(1)随着围压增加,泥岩的峰值强度、偏应力峰值、破坏应变和残余强度都增长,峰后强度降低速率趋缓,强度退化指数和脆性模量系数可以较好地描述围压对泥岩残余强度和峰后强度退化过程的影响。(2)泥岩增水过程中,岩样内微裂隙及尺寸增长,泥岩的力学性质劣化。随着含水率增加,泥岩的弹性模量、峰值强度和残余强度降低,破坏应变增长。含水率与泥岩的弹性模量、峰值强度和破坏应变之间近似服从线性关系。(3)本文基于脆性模量系数的岩石应变软化模型能较好地描述三轴压缩泥岩的全程变形行为。     

岩桥拉张破裂数值模拟研究

为了研究岩桥拉张破坏规律, 采用有限元软件
FEPG,对不同倾角岩桥拉张破裂过程进行数值模拟. 模拟结果显示, 在单轴压缩条件下, 对于
同一裂纹角度、相等距离的两组平行预裂纹, 在不同的岩桥倾角条件下, 预裂纹扩展程度不
同; 岩桥倾角越大, 岩桥越容易拉张破坏.     

变围压条件下粉质黏土动孔压特性试验研究

为研究变围压条件下粉质黏土的孔压发展规律及强度特性,利用GDS振动三轴试验系统开展了不排水和部分排水时粉质黏土变围压循环三轴试验,研究了变围压应力路径对粉质黏土动孔压变化的影响规律。结果表明:变围压条件下,粉质黏土孔压主要由弹性孔压和残余孔压两部分组成。不排水条件时,粉质黏土最大孔压比随应力路径斜率和循环动应力比增加而增大,最小孔压受循环围压影响较小;部分排水试验时,最大孔压比曲线(r_u~(max)~N)和最小孔压比曲线(r_u~(min)~N)表现为先升后降;当振动次数N2500次后,孔压变化逐渐趋于平稳。最大(小)孔压比均随着循环动应力比的增大而增大,但循环围压幅值对孔压比的影响却不同。最大孔压比r_u~(max)的稳定值随着循环围压幅值的增大而增大,最小孔压比r_u~(min)的稳定值随着循环围压幅值的增大而减小。上述研究成果可为交通循环荷载作用下粉质黏土的强度特性理论研究提供科学依据,为地基灾变控制研究提供技术支撑。     

尾矿砂二维非饱和渗流的实验研究

为研究尾矿砂非饱和渗流,通过自行设计的仪器进行了二维非饱和渗流实验,得到了实验中的基本现象和渗流稳定后含水率沿水平和竖直方向的分布。利用直剪实验测试了非饱和尾矿砂抗剪强度参数与含水率关系。通过分析综合获取了非饱和尾矿砂抗剪强度参数的空间分布,并利用分析结果解释了非饱和渗流中的基本现象。研究结果表明:尾矿砂非饱和渗流中出现了明显的裂缝和错层;非饱和尾矿砂内沿水平和竖直方向含水率分布均近似服从指数规律;粘聚力随含水率的增加先增后减;内摩擦角随含水率的增加单调递减;抗剪强度参数具有空间分布特点;裂缝和错层源于抗剪强度参数的分布与变化。     

基于内动力的对径压缩岩石拉张破裂演化规律研究

岩石是一种复杂的天然非均匀脆性材料,拉压性能差距较大,拉破坏往往控制着岩石工程整体的稳定性.论文将岩石内部某一点在一定尺度范围内所受内力的差异性定义为内动力,进行了对径压缩岩石拉张破裂裂纹扩展实验.采用高速摄像机捕捉破裂瞬时拉张裂纹扩展过程并用数字散斑软件分析第一主应变演化过程.采用连续-非连续方法模拟对径压缩岩石拉张裂纹扩展过程.从实验结果可以看出：拉张破裂裂纹扩展分为三个阶段：拉张破裂变形累计阶段(宏观无裂纹)、拉张破裂裂纹稳定扩展阶段、拉张破裂裂纹动态张裂阶段.将实验、数值计算结果与解析解进行对比分析,实验与数值计算结果扩展规律基本一致,但是与弹性力学解析解不同.解析解基于均匀性假设,而外载荷及岩石本身是非均匀的.外载荷及岩石本身的非均匀性是裂纹起裂点、扩展路径与解析解不相同的主要原因.综合分析给出拉张破裂裂纹扩展规律：当外载荷作用下内动力超过原子或分子连接力则裂纹扩展,扩展方向与内动力的方向垂直.岩石拉张破裂裂纹扩展演化规律的研究可为岩石工程拉张破坏的预防和控制提供理论依据.     

深部岩体圆形巷道围岩松动圈形成机理数值试验研究

采用损伤力学和统计理论的单元本构模型,探讨深部岩体巷道围岩破坏规律, 利用岩石破裂过程分析软件RFPA$^{\rm 2D}$, 对深部 岩体中的圆形巷道的变形及非线性渐进破坏特征、巷道周边关键部位的位移和应力变化进行 了分析,研究了圆形巷道围岩松动圈的形成机理. 研究表明：巷道开挖后,其周边形成应力 集中带,随着围岩压力的持续作用,巷道周边产生塑性变形区,并沿径向形成裂纹;随着裂 纹的不断扩展,巷道周边出现松动破裂区,即松动圈. 产生破裂区后,应力集中程度减弱, 应力高峰点向远处转移.