试样几何参数对岩石断裂韧度影响实验研究

将大理岩制备成圆盘试样及半圆盘试样,同时在试样的中心预制一条一定倾角的裂隙,通过变换裂隙倾角制备出不同几何形状的断裂韧度实验试样。基于不同的断裂韧度实验,获取了BD(圆盘试样)实验及SCB(半圆盘试样)实验在不同裂隙几何布置条件下的断裂韧度,分析几何因素对断裂韧度结果的影响。通过分析实验结果可得:实验的几何尺寸及实验加载方式对裂隙的断裂韧度、裂隙起裂角及裂隙的扩展路径有较大的影响;同时,BD实验的断裂韧度强度比SCB实验断裂韧度强度大,并且传统的MTS断裂准则不能很好描述不同裂隙倾角下SCB及BD实验断裂韧度的实验结果,而采用GMTS准则能够很好地预测Ⅰ、Ⅱ型混合断裂韧度实验结果。

弯曲式可伸长锚杆结构及受力变形分析

分析了弯曲式可伸长锚杆的弯曲段结构,探讨了弯曲段结构的影响因素和弯曲段结构与伸长量的关系.利用ANSYS软件研究了弯曲单元的弧度对其受力和变形量的影响.结果显示,弯曲段结构的确定要充分考虑钻孔直径和实际可行性,同时弯曲单元弧度大,其内径位置应力集中现象明显.这为弯曲式可伸长锚杆的结构设计和工程应用提供了参考依据.

基于巷道围岩自承特性的锚杆锚固效果研究

现有锚杆锚固效果研究很少关注整体锚固围岩的自承载特性。巷道围岩切向应力σθ对围岩承载结构的力学变化反应灵敏,研究了锚杆长度和锚杆强度对切向应力σθ曲线变化的影响,可为研究锚杆锚固效果提供重要参考依据。整体锚固巷道围岩σθ曲线形状与锚固端所处弹塑性围岩位置有关,当锚固端在塑性区内,对σθ曲线的峰值位置和大小影响不大;随着锚固端向弹性区深入,σθ分布曲线形成内外两个峰值,锚固巷道围岩出现弹塑性交替的现象。同时,锚杆强度与围岩自承强度存在一定程度的匹配关系,相应地提出了通过锚固σθ曲线的双峰值来判别锚杆锚固效果的新方法,该方法能较好地解释软弱地层条件下取消系统锚杆布置的问题。

综采工作面回撤通道顶板结构及支护技术

以显德汪煤矿1199综采工作面为例,对综采工作面回撤通道顶板结构进行分析研究,并对回撤通道支护进行优化设计.结合现场情况对架棚支护方案和锚网索联合支护方案进行分析比较,运用离散元数值计算程序UDEC4.0对2种方案支护效果进行对比,确定采用锚网索联合支护方案.实践表明:锚网索联合支护方案劳动强度小,安全系数高,支护效果良好,为安全高效的撤除、搬运支架奠定坚实的基础,为其他工作面实现快速回撤安装提供借鉴意义.

八一井砌碹巷道修复加固方案的优化及实践

为保障八一井的正常安全生产,需要对八一井运输大巷和车场绕道进行修复加固.通过观测巷道围岩变形,分析巷道碹体破坏情况和围岩失稳机理.提出了2种支护方案:一是"U"型钢架棚支护;二是锚、网、喷和锚索联合支护.对2种支护方案进行技术经济对比,得到本工程采用方案二,可以取得更为优越的技术经济效果.工程实践表明锚、网、喷和锚索联合支护技术能有效的改善围岩受力状况,具有良好的支护效果,既降低成本又缩短工期.

基于模式识别技术的铁路道砟模型库建立及离散元模拟

颗粒形状是影响铁路道砟力学特性的重要因素,考虑颗粒形状是进行真实铁路道砟力学特性数值模拟研究的首要问题。本文基于模式识别技术,开发了一种颗粒提取技术,进而能够从复杂的原始道砟图像中自动识别出道砟轮廓。该技术为道砟颗粒的形状评估奠定了基础。在对道砟颗粒进行统计形状分析的基础上,建立了道砟颗粒的几何形状库。最后,基于所提出的道砟颗粒形状库和离散元方法,对真实形状的道砟颗粒进行了双轴压缩试验,研究了道砟颗粒细长度对其力学特性的影响。

双向等压圆形巷道塑性区径向位移时变解求解及岩爆防治分析

采用时变理论,分析了圆形巷道在双向等压载荷作用下围岩弹性区和塑性区随时间变化的力学过程。通过建立圆形巷道平面应变模型,采用弹性区和塑性区双线性本构方程,求解得到了巷道的弹性时变解、弹塑性时变解、塑性区径向位移时变解。结果表明:塑性区边界移动速率较大时,塑性区内岩体径向位移随时间而增大;巷道半径越大,则相同时刻塑性区内岩体径向位移越大。岩爆的时间效应实质上是围岩塑性区径向位移达到了临界塑性软化深度,为防治岩爆的发生,应尽量减小塑性区径向位移。塑性区径向位移的时变解对于岩爆的防治提供了新思路。

基于Delaunay三角网格的土石混合边坡块石空间分布评价与随机投放方法

已有的土石混合边坡块石几何形态分析评价体系大多只考虑块石含量、块石级配、块石排布方向角以及块石形状等几何因素,并未对块石空间分布的整体格局进行定量描述。在进行土石混合体边坡随机块石模型的构建时,现有学者均采用基于块石边界不相交为判定准则的随机投放方法,并未考虑所生成模型的块石空间分布特征是否与研究目标相符。针对现有评价体系的不足,提出采用基于Delaunay三角网格的块石空间分布格局评价与随机投放方法。以单个块石颗粒的几何中心为平面点构建Delaunay三角网格,采用基于Delaunay三角网格的集聚指数对块石之间的相对位置空间分布关系进行评价。在进行土石混合体的随机重构时,通过循环算法,采用Delaunay三角网格法对基于蒙特卡罗随机生成的空间散点进行同步处理,直至所生成散点试样的聚集指数与预期匹配则退出循环。并以所生成的Delaunay三角网格的顶点为基础进行颗粒投放,从而生成符合一定空间分布格局特征的随机块石分布模型。

新型多功能静载和冲击扰动岩石试验系统及应用

研制一种静态载荷、动态扰动载荷耦合加载的新型多功能静载和冲击扰动岩石试验系统,实现对大尺寸岩石单轴和多轴的静态与动态扰动组合加载试验.对大尺寸石膏试件开展多种加载方式的试验研究.结果表明:该试验系统操作简单,参数调控良好,试验数据真实可靠.通过静载与扰动载荷组合加载试验得到:试样的应变和破坏主要受上限应力的控制;试样破坏时的循环次数随扰动均值或扰动幅值的增大变化明显.

岩爆灾害控制的动静组合支护原理及初步应用

目前岩爆支护理论研究以岩石准静力学理论为基础,存在一定局限性。从围岩结构效应的角度,分别探讨外界扰动和岩爆围岩本身诱发岩爆的动力学机制,外界扰动易在围岩破裂区和弹性区交界处发生应力波反射拉伸破坏,岩爆是满足一定条件下围岩内部自稳时变结构调整的过程,提出岩爆支护的结构时变控制原则。现有支护措施下岩爆动力学破坏特征表现为洞室表面岩体层裂剥离造成锚杆托板悬空,基于此,进一步提出岩爆灾害控制的动静组合支护原理,相应提出预留锚固方式、动静组合锚杆等关键技术,强调锚杆可伸长构件应设置在围岩体内部破裂区和弹性区边界附近,从而给应力波扰动破坏的弹性区岩石提供扩容变形空间,同时,锚固的杆尾能对层裂岩石提供补强作用。通过深部矿井岩爆巷道的现场初步应用,该支护技术能取得良好的防治效果。

大尺寸岩石在低频周期扰动载荷下的力学特性试验研究

岩石长期处于高静应力状态且频繁受到周期扰动载荷的影响是引发各种地质灾害的关键因素。利用自制的CX-8568冲击扰动围岩试验系统对大尺寸红砂岩开展了低频周期扰动载荷下的力学特性试验,分析了高应力状态下不同扰动平均应力、不同扰动载荷幅值下岩石的应变、损伤变量的演化规律。结果表明:岩石在周期扰动载荷下的破坏存在门槛值,其载荷低于门槛值时岩石不会发生破坏,岩石弹性模量存在强化现象;高扰动平均应力、高扰动载荷幅值均为岩石破坏的不利因素;当扰动上限应力超过岩石单轴抗压强度后,扰动平均应力和扰动载荷幅值的增大对岩石破坏时的循环次数影响愈发显著;当扰动上限应力相同,但扰动平均应力和扰动载荷幅值不同时,岩石破坏对扰动平均应力的敏感度高于扰动载荷幅值;周期扰动载荷下岩石破坏较静态加载更剧烈;随着扰动平均应力或扰动载荷幅值的提高,岩石破坏形态由以拉剪破坏为主导过渡至以拉伸劈裂破坏为主导。