节理岩体动态破坏的SHPB相似材料试验研究

采用相似材料模型试验对不同节理倾角、节理贯通度、节理条数、载荷应变率、节理充填物厚度、节理充填物类型及试件长径比等7种工况下的节理岩体动态强度及破坏模式进行了分离式Hopkinson压杆（SHPB）试验研究。结果表明：节理岩体动态破坏模式及强度与节理构造形态密切相关。对于单节理岩体，其强度及破坏特征在很大程度上受节理倾角控制，节理倾角0°;、90°6;试件动强度分别为完整试件的90%和71%，且其破坏形式均为张拉破坏；倾角60°6;试件动强度几乎为0；倾角30°、45°试件的动强度分别为完整试件的50%和18%，且其破坏以剪切破坏为主，兼有张拉破坏。中心1/4、1/2、4/5及全贯通节理试件的峰值强度分别为完整试件的95%、74%、28%和17%，即随节理贯通度增加，试件动强度逐渐降低。含1-3条节理的试件动强度分别为完整试件的54%、23%和10%，即随节理条数增加，试件动强度随之有较大幅度降低，但节理条数的增加并没有改变其破坏模式。随着节理充填物厚度增加及节理充填物强度降低，试件强度依次递减，但破坏模式并没有改变。完整试件和节理试件的动强度均随着载荷应变率的增加而变大，且前者对载荷应变率的敏感性要远远高于后者，相应地试件的破坏模式也变得更加复杂。两类试件的动强度均随着试件长径比的增加先增大后减小，即存在一个最佳长径比。

基于数字散斑技术的深部巷道围岩岩爆倾向相似材料试验研究

借助数字散斑观测技术,采用相似材料模拟方法通过对深部岩巷开挖过程中围岩应力演化特征、变形破坏规律的分析,揭示了深部岩巷围岩稳定性控制机理。分析不同支护作用下开挖速度影响的围岩变形破坏规律,寻求岩爆发生与深部岩巷变形破坏的内在联系。分析实验结果得如下规律:开挖速度加快后,围岩变形塑性区逐渐扩大,深部岩巷岩爆倾向和围岩破坏程度逐渐增大;弱锚网支护对围岩变形有一定的控制作用,强锚网对围岩支护作用明显,支护强度提高,深部岩巷抵抗塑性变形的能力增强,整体变形减小、围岩稳定性提高。

基于数字散斑技术的深埋隧道围岩岩爆倾向相似材料试验研究

利用相似材料模拟方法,借助数字散斑观测技术,对深埋隧道围岩岩爆倾向进行试验研究。分析考虑材料强度、开挖速度和支护作用影响下的岩爆发生和破坏规律,寻求岩爆发生与深埋隧道变形破坏之间内在的联系。试验结果与现场实际发生岩爆强度较高的岩石类型花岗岩、闪长岩等相比,破坏特征相似,且围岩强度越高,岩爆发生可能性越大;在高地应力状态和完整岩体中开挖速度对岩爆的发生影响较大;锚网支护对隧道围岩变形有一定的控制作用,也可一定程度上避免岩爆发生。支护试验结果与现场实际支护效果一致,随支护强度提高,隧道抵抗力增加,整体变形减小、稳定性提高。所得试验结论为深埋隧道的合理设计和安全开挖提供技术指导和理论依据,对革新深埋隧道开挖技术和支护技术具有重要的意义。

相似材料试验法在断层活化导水机理分析中的应用研究

重点介绍相似材料试验法在采矿引发断层活化及断层导水性变化影响程度的研究。在开采区域周边存在较大落差断层,断层导水可能引发溃水事故的情况下,防隔水煤柱留设是确保工作面防治水工作的重点。随着相似材料试验法的日趋成熟,采用相似材料模拟在研究断层活化导水方面取得了较好的效果。

基于相似材料试验的节理边坡稳定性分析

节理岩质边坡通常是由节理岩块及完整岩块构成的复杂地质体,其稳定性受到节理产状特点与边坡开挖卸荷作用共同影响,因此节理边坡稳定性分析一直是岩土力学的研究热点。本文结合袁家村铁矿边坡的复杂节理条件,设计了相似材料试验,通过材料制备、节理预制、开挖模拟等试验环节再现边坡开挖卸荷破坏过程,并借助XTDP摄影测量系统对边坡进行位移监测,获得了顺层节理边坡开挖过程中变形、破坏以及最终滑移的全过程。根据试验结果明确了袁家村铁矿复杂多节理边坡在开挖过程中的节理开裂深度与滑移范围,为后期的边坡加固与防滑治灾提供了理论依据。

地下金属矿山扇形中深孔爆破相似材料试验研究

某金矿7-2^(#)矿体矿岩稳固性差,采矿工艺由浅孔落矿干式嗣后充填采矿法改为中深孔无底柱分段崩落采矿法。为了进一步提高巷道的一次成巷,有效控制地压,提高采场的生产能力,开展了扇形中深孔爆破相似材料试验研究。通过对矿岩进行相似材料模拟,选用了3组不同强度的水泥砂浆试件进行了6次扇形中深孔爆破试验。试验结果表明,无底柱分段崩落法的炮孔密集系数不大于3.1的扇形炮孔,可以达到爆破后形成平整扇形面的目的;爆破效果受到爆破顺势破坏效应和矿体破坏方向双重影响,同时起爆的炮孔最短间距应大于设计抵抗线的2倍以上。该金矿按照试验结果实现了采准巷道掘进一次成巷,经济效益显著。

断层带承压水导升特性相似材料试验研究

以某矿工作面的地质资料为背景,运用自制的承压水导升系统,对工作面推进过程中,断层带及附近岩层的应力演化规律、裂隙发育规律、承压水导升特性进行了系统研究。结果表明:承压水导升系统不仅使得含水层对底板岩体的力学效用得以表征,而且实现了水流导升高度的动态观测;保护煤柱下方底板区域以压应力为主,回采结束后含水层邻近岩层在水压力的作用下已由压缩状态转变为膨胀状态;断层带内承压水的导升高度与防水煤柱尺寸密切相关,当煤柱尺寸小于20cm后,断层带内承压水的导升高度会迅速递增,加大工作面发生突水的风险。

BOTDA在岩层移动相似材料模拟试验中的应用

为了研究岩层移动变形相似材料模拟试验过程,采用布里渊光时域分析技术(BOTDA)对相似材料模拟试验进行分布式应变测量,在3 m平面应力模型内埋设2根传感光纤,对应位置布置百分表5个,对比分析岩层移动变形过程中的布里渊频移变化。试验结果表明:BOTDA分布式光纤传感技术实现了相似材料模拟试验的分布式应变测量,不仅能很好地测量光纤沿线的岩层垮落情况,而且能够感知和反映某一点处岩层的移动变形特征,为相似材料模拟试验提供了一种全新的测试方法,对相似材料模拟试验测试技术的发展有积极作用。

特厚煤层分层放顶煤相似材料模拟试验研究

借助相似材料模拟试验的研究方法 ,讨论了华亭矿区白草峪井田煤 5特厚煤层的放顶煤问题。试验认为 :分 3层放顶煤的开采方法是可行的 ,分 2层放顶煤的方法是不可行的 ;分 3层放顶煤时回收率能够达到要求 ,而分 2层时回收率较低。同时也得出放顶煤的最佳分层厚度为 12～ 15m ,最佳采放比为 1∶3。

数字图像相关法在相似材料模拟试验中的应用

利用相似材料模拟试验研究印度某矿长壁开采采场厚硬顶板的破断规律,针对试验中传统的位移测量法的不足,引入了数字图像相关法。通过恰当布设模型、合理控制光照强度,实时用高分辨率数码相机拍摄模型在开采过程中的表面变形图像,借用数字照相图像分析与结果可视化应用软件系统GeoDPDM对序列照片进行相关性分析,得到了开采过程中上覆岩层变形的位移场和应变场。将分析结果与传统测量方法所得结果对比,得到两种方法具有较高的一致性,并将测试精度提高到0.6mm/pixel,成功实现了大范围模型变形的全场、非接触式测量。

相似材料模拟试验中的误差补偿理论

在相似材料模拟试验模型的铺设过程中,与设计要求的理论模型相比,总会存在一定的误差,相似材料模拟试验结果也就会产生相应的误差。本文以岩梁理论和弹性力学为基础建立了相似材料模拟试验的误差补偿理论, 经过误差补偿可减少模拟试验误差,从而可以实现使相似材料试验结果由定性向定量的转化。

高温高湿环境下膨胀岩巷道围岩湿度场相似材料模型试验研究

通过相似材料模型试验,对高温高湿环境作用下巷道围岩在不同密度、不同初始含水量时的含水量及其分布情况进行了研究。试验结果表明,水分在巷道围岩中呈类层状向围岩内部迁移;围岩密度越小,含水量增量越大,水分迁移范围越大;初始含水量越小,含水量增量越大,但水分迁移范围越小;巷道上部围岩水分迁移范围比下部小。

尺寸效应在岩体相似材料模型试验中的应用

定义了相似材料模型试验中原型和模型的概念,更合理的解释了模型试验中的相似关系,并在原型岩体和模型体中,分别引入了尺寸效应理论,提出一套修正的模型材料参数确定方法.运用准岩体强度和相似材料尺寸效应理论,对工程中相似材料模型试验中的力学参数进行了修正,结果说明了所提出修正方法的合理性.

大条带综放开采的相似材料模型试验研究

条带开采是一种在村庄下采煤为减小地表移动变形广泛采用的有效途径 ,但对采用综采放顶煤时的条带又不能太小 ,所以需要采用大条带。所留煤柱也应该较大 ,以后若有条件还可以再采。通过相似材料模型试验 ,得出了关于大条带综放开采的一些有益的结论 ,对研究大条带综放开采的机理有直观的认识 ,可以作为实际开采时的指导。

近距离煤层区段煤柱集中应力传递特征试验研究

探究煤柱应力向底板传递特征对确定近距离煤层巷道围岩控制方法具有指导作用。以山西杜儿坪矿近距离煤层为原型,开展上煤层开挖相似模型试验,利用DIC技术采集底板深度不同水平层位应变数据,分析垂直、水平、及剪切三种应变的分布特征和应变峰值距煤柱边界水平距离的变化规律,探究上煤层开采后区段煤柱集中应力向底板的传递特征。结果表明:煤柱底板区,三种应变均以煤柱中心为轴呈非对称双峰分布特征,垂直、剪切两种应变峰值为先开挖面煤柱侧小于后开挖面煤柱侧,而水平应变峰值则恰好相反,三种应变峰值均随底板深度增加而减小;采空区底板,垂直、剪切两种应变远离煤柱边界逐渐趋于0,而水平应变则显现出反复增减多变特征。三种应变峰值距煤柱边界的水平距离表现为垂直应变为先开挖面煤柱侧大于后开挖面煤柱侧,但剪切应变则刚好相反,而水平应变则先后开挖面煤柱侧均相等,且三种应变距煤柱边界水平距离均随底板深度增加而增大。垂直、水平应力分别为压、拉应力,而先后采面煤柱侧剪切应力则不同分别为拉、压应力;垂直、剪切两种应力均显现为高应力水平,但水平应力甚小;垂直、水平两类应力峰值均位于煤柱底板区,而剪切应力峰值却位于采空区底板;垂直、剪切两种应力随远离煤柱边界均趋于0,水平应力则显现反复转化增减特征。选择近距离煤层巷道围岩控制方法既应重视垂直应力的作用,也应关注剪切应力对其失稳破坏的影响。

相似材料模拟试验中的误差补偿理论

以岩梁理论和弹性力学为基础建立了相似材料模拟试验的误差补偿理论,经过误差补偿可减少模拟试验误差,从而使相似材料试验结果由定性向定量的转化。

保护层开采被保护层裂隙分布与增透效果相似材料模拟

保护效果是保护层开采方案设计的重要依据,为了研究保护层开采时被保护层的裂隙发育特征与卸压增透效果,以相似材料试验模型为基础,设计了保护层开采被保护层渗透性箱式可伸缩式测试系统,包括进气系统、可伸缩箱式渗透特性测试系统和集气系统三部分,以长平煤矿保护层开采为例,开展了保护层开采渗透性测试试验。结果表明:保护层开采过程中,覆岩裂隙发育至被保护层直接顶范围,被保护层地层应力得到有效释放,充分采动区卸压系数为27.8%~32.2%,最高达46.9%;被保护层增透效果与采动应力呈负相关关系,原岩应力区渗透率不变,支承应力区渗透率降低8%~56%,卸压区渗透率增大14.5倍;随工作面推采,卸压区域逐渐扩展,被保护层增透区域也逐渐增大。最后,根据试验结果讨论了试验系统的缺点及改进建议,为下一步的研究提供指导。

相似材料模拟试验中的误差补偿理论

在相似材料模拟试验模型铺设过程中,实际铺设模型与设计要求的理论模型相比,总会存在一定的误差,故相似材料模拟试验结果也就会产生相应的误差。以岩梁理论和弹性力学为基础建立了相似材料模拟试验的误差补偿理论。经过误差补偿可减少模拟试验误差,从而可以实现相似材料试验结果由定性向定量的转化。

相似材料模拟试验中的误差补偿方法

在相似材料模拟试验模型的铺设过程中,与设计要求的理论模型相比,总会存在一定的误差,相似材料模拟试验结果也就会产生相应的误差。文章以岩梁理论和弹性力学为基础建立了相似材料模拟试验的误差补偿理论,经过误差补偿可减少模拟试验误差,从而可以实现使相似材料试验结果由定性向定量的转化。

岩爆模拟材料的筛选试验研究

根据岩爆模拟试验的要求 ,进行了相似材料的配合比试验 ,筛选出若干适合作为岩爆模型的相似材料。试验过程中就试验设备、材料配合比、模型制作、典型试验等方面进行了有益的探讨。