考虑地下水因素的矿山顶板安全厚度数值模拟研究

以某矿山开采为工程背景,充分考虑地下水因素对矿山围岩稳定性的影响,采用FLAC^(3D)软件建立矿山数值计算模型,结合岩石力学试验及工程地质调查结果获得围岩体力学参数,模拟矿区回采时围岩的地下水渗流场、位移场、应力场、塑性区分布等特征,获得矿坑顶板最小安全厚度。数值模拟计算结果表明,矿坑疏干排水作用以及第四系、强风化带黏性土固结压密、渗流固结,使计算范围内出现地面位移大于开挖面位移的情况;对采空区进行高质量充填并充分接顶,能有效控制顶板及上覆岩土体的变形;当计算区域顶板安全厚度≥35 m时,地下开采对地面的危害较小,可以满足保护第四系含水层与地面建筑物的要求。

冲击动载作用下含界面裂纹岩体破坏特征试验研究

以含预制界面裂纹的板状试样为研究对象,借助分离式霍普金森压杆系统施加不同强度的冲击动载,使用高速摄像系统记录裂纹扩展过程,分析不同冲击强度下3种界面倾角试样的宏观动态力学性质、裂纹扩展规律及破坏机制。研究结果表明,不同种类试样动态应力-应变曲线形态差别较大,在应力峰值处呈现单峰或双峰的形态,入射波峰值越小时,试样动态压缩强度受节理面角度的影响越大。根据裂纹形态、起裂位置和断裂机制共获得6种裂纹类型,随着入射能量增大,试样裂纹数量增多,试样由单一的劈裂拉伸破坏模式变为复杂的拉伸-剪切复合破坏模式。在试样界面处形成一个材料强度的“过渡区”,界面倾角以及两侧岩石弹性模量、泊松比等因素决定了“过渡区”的应力状态及强度特征。试样在预制裂纹端部首先开裂,预制裂隙端部的新生裂纹一般会跨越弱侧强化区、弱侧基体扩展,且随入射波峰值应力的增大,从Ⅰ型拉伸裂纹转变为Ⅱ型或Ⅲ型剪切裂纹,远场型裂纹相对更多的在弱侧基体出现,强侧基体一般只出现拉伸裂纹。界面和预制裂纹造成了试样复杂的应力环境和不同区域的强度条件,使得裂纹出现界面、裂尖共同主导裂纹路径的典型特征。含界面裂纹岩体破坏特征的试验研究是工程尺度层状岩体裂纹传播计算的试验基础,对于解决层状岩体工程稳定性问题具有重要意义。