裂缝对充填开采覆岩移动变形规律的影响

根据河南某矿区地质结构及物理参数资料,使用3DEC离散元软件建立了煤层充填开采数值模型,采用内置离散裂缝网络模型(DFN)模拟原生裂缝,研究了裂缝对充填开采覆岩运移特征的影响.结果表明:覆岩中有裂缝发育时较无裂缝发育时,稳定下沉区内上覆岩层沉陷程度加剧,岩层间离层量减小;当裂缝数量增加时,上覆岩层沉陷剧烈程度增加;随着裂缝倾角均值增加,最大下沉量先减小后增大,裂缝倾角均值接近水平或垂直时,覆岩沉陷向终采线或开切眼发生偏移,稳定下沉区内上覆岩层下沉量达到最大值.

漂珠颗粒材料静动态力学性能与破碎机理研究

为考察脆性空心颗粒材料冲击载荷下的力学特性,以具有不同粒径分布的粉煤灰漂珠为研究对象,对其静动态力学性能进行实验研究。通过限制颗粒材料压缩应变为50%,分析颗粒破碎率和破碎机理与材料宏观应变率效应的关系。结果表明:(1)不同粒径的漂珠颗粒材料在动态压缩下较准静态压缩下颗粒材料的强度均有明显的增强,在0.001和150 s-1大小颗粒的强度分别提高200%和195%,在150和300 s-1大小颗粒的强度分别提高39%和51.5%,在300和800 s-1大小颗粒的强度并未发生明显的变化;(2)在相同加载速度下粒径较小的颗粒比大粒径颗粒的强度和吸能效果分别提高35%~40%和35%~48%;(3)对破碎后颗粒粒径分布曲线分析可知,随着加载速度的增加,大小颗粒的破碎率和破碎程度都会增大,且在相同加载速度下大颗粒的破碎率较小颗粒的破碎率高;(4)Hardin破碎势分析表明,单位输入能量下颗粒的相对破碎势随冲击速度增大而减小,动态冲击下用于颗粒破碎的能量利用率降低,从而导致材料在相同压缩量下产生更高的能量耗散和应力水平,即表现为宏观的应变率效应。

渗流-应力耦合下的裂隙岩体劈裂模型研究

针对渗流-应力耦合作用下裂隙岩体的劈裂破坏现象,首先采用流固耦合理论计算单元应力,其次从微裂隙的萌生、扩展、聚合规律出发,采用双曲线模拟翼裂纹扩展路径,考虑翼裂尖端II型应力强度因子对扩展路径的影响,建立了渗流-应力耦合作用下基于曲线扩展路径的劈裂演化模型。利用Fish语言,通过对FLAC3D的二次开发,实现了新模型的程序化。将新模型与Lajtai经验公式相比对,发现两者计算结果接近,验证了新模型的正确性。

深部高应力巷道劈裂破坏数值模拟研究

针对高地应力条件下出现的劈裂破坏这一特殊的工程地质现象,采用考虑闭合效应下基于曲线扩展路径的劈裂演化模型,通过FISH语言内嵌,运用FLAC软件进行巷道劈裂破坏数值模拟研究,得到了不同地质条件下劈裂破坏深度、面积的演化图;分析了埋深、侧压力系数、体积模量、剪切模量对巷道劈裂破坏的影响规律。研究成果可为高地应力下地下工程的稳定性评价及支护设计提供参考。

微裂隙对深部高应力围岩劈裂破坏演化规律的影响分析

引入表征体积单元,采用考虑闭合效应下基于曲线扩展路径的劈裂演化等效连续体模型,利用FISH语言,内嵌入FLAC软件中,使方法程序化,分析微裂隙对深部高应力围岩劈裂破坏演化规律的影响。结果表明:裂隙越长,围岩劈裂破坏深度、面积越大;随着倾角的增长,劈裂破坏深度、面积先增大后减小并最终趋向于0,45°时达到最大值,倾角接近90°时,微裂隙形成自锁,劈裂破坏显著抑制;随着摩擦系数的增大,劈裂破坏深度、面积逐渐减小并最终趋向于0。

基于雁型裂纹模型的高地应力巷道劈裂破坏机理分析

基于雁型裂纹模型,对高地应力巷道的劈裂破坏形成机理进行探讨.利用应力强度因子理论,分析了雁型分支裂纹尖端的应力强度因子及其主应力,结合Hoek-Brown岩石破坏准则,得到了高地应力巷道劈裂破坏的判据.将劈裂破坏判据编成FISH语言,内嵌到FLAC软件中,计算得到围岩的劈裂破坏区域.研究表明:雁型裂纹长度越长,造成的劈裂破坏区越大.雁型裂纹长度较长时,劈裂破坏区与塑性破坏区深度相差较大.由经验公式计算出的的劈裂破坏区深度与数值模拟计算出的劈裂破坏区深度接近,表明本文提出的基于雁型裂纹模型的劈裂破坏判据可为高地应力巷道的稳定性评价及支护设计提供参考.

考虑闭合效应下基于曲线扩展路径的劈裂模型研究

深部围岩常常产生较深的劈裂破坏区。针对这一现象,引入表征体积单元,考虑原生裂隙的闭合效应,采用双曲线模拟翼裂纹扩展路径,建立了基于曲线扩展路径的劈裂破坏模型。从微观角度出发,运用应力强度因子、最大周向拉应变理论推导了劈裂裂缝扩展演化方程,提出了劈裂破坏的预测新方法。采用FISH语言,将方程内嵌入FLAC软件中,使新方法程序化。新模型与Lajtai经验公式计算结果具有很好的一致性。与旧模型相比,新模型计算结果具有更高的精度,最大相对误差减小量为25.5%。