金属矿海底开采合理矿柱框架构建（英文）

为实现三山岛金矿海底矿床的安全开采,设计5种保安矿柱留设方案。利用重整化群方法,探索矿柱群的破坏机理,得出保证海底开采的矿柱安全系数。通过FLAC^(3D)数值模拟,对5种矿柱框架构建方案进行计算,分析不同矿柱框架留设方案的位移特征、应力-应变演化规律、塑性区分布及破坏范围。对顶板沉降及矿柱的安全系数进行评价,从而选出合理的矿柱框架方案。此外,利用模糊综合评判法对所选矿柱框架构建方案进行验证。所选定的最佳方案的矿柱安全系数为2.06,并且顶板位移量最小。此方案沿矿体走向每隔50 m设置10 m间柱,在127、151和167勘探线设置15 m间柱。本研究对海底开采矿柱结构的优化设计具有指导意义。

基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律

根据岩体的非均匀性和存在初始裂纹的特征,在二维有限差分程序中建立了非均质体二维模型,并在模型中考虑初始裂纹的影响,利用程序中的自带编译语言,实现了服从不同分布的初始裂纹的长度和角度的赋值。在模型中,利用亚临界裂纹扩展理论描述与时间相关的裂纹亚临界扩展过程,计算过程可体现裂纹扩展的时间效应,从而实现对所模拟结构的寿命预测。模型中裂纹的扩展方式假定为形成翼型裂纹的形式,利用翼型裂纹的简化模型对裂纹的扩展尺寸,应力强度因子等参数进行计算。在每一计算步中,每个单元中的裂纹扩展方向与该时刻单元所受应力情况相关,应力强度因子与该单元所受应力大小及翼型裂纹简化长度相关。利用该模型对高地应力条件下孔洞开挖卸荷导致围岩破坏的过程进行模拟,分析了深部岩体开挖导致的围岩破坏规律,对不同的孔洞形状和初始裂纹的分布情况分别进行了分析,计算结果显示了非连续破裂的形成与初始裂纹角度分布的关系:分区破裂的表现形态与初始裂纹和最大压应力的夹角相关,并且不同初始裂纹角度均值也会导致围岩破裂时间不同。通过建立的多种孔洞形状开挖模型,对不同孔洞形状围岩破裂形态及破坏时间的规律进行总结,发现相同计算步数内方形孔洞周边围岩处破坏单元数量最多,圆形孔洞周边围岩破坏单元数量最少。研究结果证实了裂纹的分布对孔洞周边围岩破坏形态的影响,对裂纹扩展的时间效应的分析可实现对围岩破坏程度和范围的预测,可为深部高地应力条件下诱导致裂非爆连续开采的实施时间和方式提供指导。

基于裂纹扩展模型的脆性岩石破裂特征及力学性能研究

为了探究初始微裂纹参数分布对岩石破裂特征及力学性能的影响,进一步系统地了解脆性岩石破裂演化过程,依据线弹性断裂力学理论,建立了非均质性二维细观弹性损伤模型,并运用FLAC^(2D)数值分析软件,数值模拟研究了单轴压缩条件下不同形态岩石试样的破裂过程。研究结果表明,当初始微裂纹长度和角度服从不同的随机分布时,岩石材料表现出不同的破裂特征,其中初始微裂纹长度和角度均服从正态分布时,岩石破裂区域较完整;初始微裂纹长度或角度服从均匀分布和指数分布时,岩石破裂区域较分散;初始微裂纹角度对于解释脆性岩石单轴抗压试验时岩石试样出现剪切破坏和劈裂破坏的原因具有一定的指导意义,且当初始微裂纹角度均值ɑ=45°时,模型具有最小的峰值强度和轴向最大应变。模型还模拟了脆性岩石单轴抗压试验、巴西劈裂试验和断裂韧度试验的演化过程,模拟结果与试验结果具有较高的一致性。