急倾斜巷道围岩变形数值模拟分析

为了研究急倾斜岩层中巷道的稳定性,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了500~1 000 m深度下75°倾斜岩层中巷道开挖后的变形特征及围岩应力分布规律。结果表明:急倾斜岩层中的巷道变形,主要受倾斜层理及软弱岩层的层间滑动控制,巷道开挖后的最大变形方向与岩层的倾向基本一致,并且随着巷道的深度增加,变形量也逐渐增大。而且,巷道围岩的变形与应力分布具有非对称特征。数值模拟结果与解析解对比表明,由于解析解的限制,在靠近巷道的围岩处与数值模拟结果有一定的偏差,但是进入弹性区后,两种解的结果具有较好的一致性。

基于落锤冲击试验的恒阻大变形锚杆动力学特性

为了优化岩爆、冲击地压等动力学灾害条件下的岩体支护设计,选取在切顶卸压自成巷无煤柱开采技术(110工法)中广泛使用的恒阻大变形锚杆样品进行了落锤冲击试验研究。利用应力波与弹性动力学理论建立恒阻大变形锚杆临界冲击高度、冲工作击力与冲击位移的理论模型;对锚杆样品进行在不同落距下的落锤冲击试验。锚杆单次落锤冲击全程时域波形曲线由多个冲击峰值组成,第一个冲击峰值高于锚杆的静态恒阻力P_0,其余的峰值由于透射与反射形成的卸载波的叠加,其峰值均小于恒阻力P_0,直至将冲击载荷衰减至0;将第一个冲击峰值的时间尺度放大后的波形特征分析表明:恒阻大变形锚杆冲击载荷的衰减模式为第一阶段冲击工作阻逐渐减小的多周期黏滑运动,第二阶段为快速衰减的摩擦滑动,表明恒阻大变形锚杆具有良好抗冲击性能。将建立的理论模型代入试验条件得到的理论预测值与落锤冲击试验值相比较,两基本吻合,验证了理论模型的正确性。

激光位移监测恒阻大变形锚杆SHTB试验研究

选取在切顶卸压自成巷无煤柱开采技术中使用工作阻力为130kN恒阻大变形锚杆样品,利用何满潮研制的改进型霍普金森冲击拉伸试验系统进行冲击试验,试验中采用激光位移传感器测量冲击位移的非接触测量技术,以期获得恒阻大变形锚杆准确的冲击位移时程曲线,从而得到动力学响应特性。试验中,还采用石英压电式力传感器对恒阻大变形锚杆的冲击力进行监测,获得130kN恒阻大变形锚杆的动力学响应特性。试验结果表明:冲击荷载下,恒阻大变形锚杆能迅速响应,在0.5ms内冲击力和锚杆伸长速度都达到峰值;不同的冲击速度下,恒阻大变形锚杆的冲击力和变形速度都是一个波动衰减的时间发展过程。恒阻大变形锚杆的变形是一个弹性-滑移-弹性恢复的过程。

基于动态莫尔圆的岩爆机制研究

通过将经典的莫尔圆应力分析扩展到岩爆发生过程的静态加载和动态卸载破坏过程的应力状态分析提出了动态莫尔圆的概念,并基于此建立岩爆破坏的动力学Mohr-Coulomb准则以及岩爆破裂角的预测模型。理论分析解释了岩爆等动力破坏中的黏聚力损失现象,并且表明根据静态加载应力可以预测其黏聚力损失值及岩石的破裂角。同时,通过开展花岗岩应变岩爆的物理模拟实验,验证了理论模型与实验值具有一致性。由于静态加载应力可以通过监测或已有的岩体力学知识来确定,因而,研究得到的理论成果具有实用性。