动静载作用下房柱式采空区煤柱失稳时间预测研究

针对动静载作用下大面积房柱式采空区失稳时间难以预测的问题,以鄂尔多斯市敬老院煤矿为研究背景,通过室内循环加卸载与单轴加载试验对比分析了煤柱在动载与静载作用下力学承载特征。选取开尔文体模型,基于蠕变理论,结合顶板-煤柱系统力学模型,得出了房柱式采空区煤柱保持稳定的最小时间函数表达式。考虑时间因素,通过施加循环加卸载荷模拟动静载作用方式,建立了房柱式采空区数值模型,研究了动静载作用下房柱式采空区煤柱随时间失稳的动态演化过程。研究结果表明:煤样在循环加卸载作用下比在固定载荷作用下的极限破坏强度偏低;煤柱在蠕变作用下的有效承载时间与煤柱横截面积的对数正相关,与煤柱的高度和顶板刚度的对数负相关;将煤柱的破坏过程分为稳定阶段、发育阶段和失稳阶段。通过理论模型、数值模拟及现场实测,验证了煤柱有效承载函数的可靠性。

滑坡失稳时间预测方法研究综述

综述了滑坡失稳时间预报的研究现状,将目前滑坡时间预测方法归纳为基于蠕变经验公式建立的回归模型和基于数学理论的回归模型;简要分析了各模型和方法的适用性以及相关预报判据和预警阈值。为了得出更加准确的结果,必须在对滑坡类型、地质特征、变形特点和形成因素的深入研究基础上,结合合适的预报判据和预警阈值,建立能够描述滑坡发展演化过程以及变形破坏机理的预报模型或方法。

巷道煤岩体蠕变失稳时间预测研究

利用改进西原模型给出了平面应变状态下巷道煤岩体蠕变失稳的时间,得到余吾煤业S2206顺槽开挖阶段巷道蠕变失稳时间为52.9h,在此时间内及时支护可有效阻止围岩的失稳破坏,保证巷道的正常开挖和煤矿的安全生产。

瓦斯煤层裸露面蠕变失稳的时间预测研究

通过对煤体蠕变特性的分析,提出采用五元粘弹塑流变模型能很好地描述煤体的蠕变特征。在考虑煤层瓦斯的作用下,得到了含瓦斯的煤蠕变状态方程。由于揭开的煤层裸露面由原来的三向受力变为二向受力,在合适的条件下煤体会产生蠕变。而煤体在双向受压时,裸露面方向的应变为拉应变,当裸露面方向的煤体的拉应变大于煤体破坏时的拉应变时,煤体将产生蠕变失稳。从而可以预测煤体蠕变失稳的时间。研究成果可以解释揭煤工程岩体失稳。

边坡失稳时间预报的协同-分岔模型及其应用

基于单状态变量摩擦定律,把协同学和分岔理论联系起来,建立了边坡失稳时间预报的协同分岔非线性理论模型.该模型体现了边坡在演化过程中各个因素之间的协同作用及分岔现象,并可对滑坡的发生时间进行预报.通过对新滩滑坡的预报,证明该方法精度较高.

地下硐室围岩变形监测及突发失稳时间预测

以隔河岩电站２０１夹层置换硐现场测试数据为基础，从位移时序曲线的特征出发，提出并验证用加速度作为状态稳定识别判据的可行性。对于稳定情况，讨论了用灰色系统Ｇｍ（１，１）模型预测最终收敛位移；对于失稳的情况，探讨了用“黄金分割法”预测失稳时间。

西部矿区覆岩-煤柱群失稳临界时间节点研究

为分析覆岩-煤柱群回收前的稳定性,采用数值模拟软件Flac3D分析了煤柱蠕变期间塑性区发育及内部应力分布形式的演化特征,发现:蠕变过程分为快速变形、缓慢变形及加速失稳3个阶段,并总结出了不同阶段塑性区发育和内部应力分布形式的对应关系;在分析覆岩和煤柱相互作用的基础上,建立了弹性地基薄板模型,推导出了顶板变形、煤柱受力与煤柱塑性区发育范围之间的计算方程组,揭示了覆岩-煤柱群减弱至失稳的动态变化特征;给出了覆岩-煤柱群体系失稳临界时间节点判据和方法,并结合工程算例进行了分析。

数值模拟静态应力扰动下的断层失稳:结果分析兼与Dieterich模型和Coulomb模型的对比

基于大量岩石力学实验,Dieterich和其他研究者(Dieterich,1978;Ruina,1983)首先提出了描述岩石摩擦过程的速率-状态摩擦定律(R-S摩擦定律).如今R-S摩擦定律已成为研究地震成核等地震演化机制的有效手段.Dieterich(1992,1994)最早提出了描述受静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的余震触发机制的解析模型.现在Dieterich模型已经成为解释余震随时间衰减规律的Omori定律等地震观测现象的有力工具.与之相对应,广泛使用的Coulomb应力失稳模型也可以给出断层受到静态剪应力扰动后,断层失稳时间的提前和推后量.Dieterich模型和Coulomb应力失稳模型基于不同的物理方法,所以在进行地震危险性评估时,二者均有各自的局限性.本文利用R-S摩擦定律控制的1-D弹簧-滑块模型,模拟计算了理论地震循环以及在不同静态剪切应力扰动下,失稳时间的提前和推后量的变化情况,然后将计算得到的时间提前和推后量分别与Dieterich模型和Coulomb模型的相应计算结果进行了定量化对比和差异性分析,并给出了相应的解释.数值模拟结果显示,对于R-S摩擦定律在参数不变的条件下,断层模型失稳时间的提前和推后量的大小强烈依赖于静态剪应力扰动的大小和作用时间,而且绝对值相同的正、负向静态剪应力扰动造成的失稳时间的提前和推后量的变化情况并不完全一致.在震后松弛/滑移阶段和闭锁阶段,时间提前和推后量是常数,且随静态剪应力扰动绝对值的增大而增大,两者的比值接近于1.0,这与Dieterich模型和Coulomb模型的结果是一致的,相应的差值小于两模型结果的10%.而在自加速阶段,模拟计算结果则存在与Dieterich模型和Coulomb模型结果不同的特征.首先,在自加速阶段模拟计算结果均偏离Coulomb模型,而且时间提前和推后量的比值小于1.0,相异于Coulomb模型的论断.不过当受到正向静态剪应力扰动后,Dieterich模型的结果和模拟计算结果是一致的,最大相差量不超过Dieterich模型结果的7%,可接近0.对于负向静态剪应力扰动,当其绝对值较小时,Dieterich模型的结果很接近模拟计算结果,相差量不超过该结果的14%.但对于绝对值较大的情况,模拟计算结果远大于Dieterich模型的结果,最大可达Dieterich模型结果的35倍,这是由于负向静态剪应力扰动后使得Ω=δ·θ/dc1的条件不再成立,进而使得Dieterich模型不再成立.总的来说,与模拟计算相比Dieterich模型可以很好地描述1-D断层受扰后失稳时间提前和推后量的变化情况,并且可以体现出正、负静态剪切应力扰动后失稳时间提前量和推后量变化的差异性,而Coulomb模型则不能完整地给出受到静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的估计值.

支持向量机对采空区稳定时间的预计

支持向量机是基于结构风险最小化原理的机器学习技术,在广泛收集金属矿山采空区失稳塌陷时间资料的基础上,建立了基于支持向量机的采空区稳定时间的预计模型。通过对采空区稳定时间测试样本的预测研究表明,用支持向量机来预计采空区的稳定时间是可行的。

基于SPH方法的变压器网侧套管内部爆炸数值模拟及稳定性分析

网侧套管是变压器的重要组成部分,在使用过程中因绝缘击穿现象可能引起套管内部冷却油爆炸,给变压器箱体造成很大的安全隐患,因此开展网侧套管爆炸事故的定量评估具有重要意义。通过非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了二维变压器套管模型,采用光滑粒子流体动力学法对变压器套管在内部爆炸作用下的动态响应进行了模拟,分析了不同参数对套管破坏特征的影响规律。通过基于套管径向粒子速度曲线的稳定性判断方法,评估了各套管的失稳时间。结果表明:在内部爆炸作用下,套管管壁中部在内外壁拉压联合作用下率先产生破坏,在冲击波传播过程中套管整体损伤呈凸状变化趋势。过高的爆炸当量、冷却油的存在和初始裂纹缺陷对套管保持稳定有较大影响。爆炸当量的减小可以使套管破坏模式由双向剪切破坏向受拉破坏转变,整体稳定性也随之增强。当爆源位于引线外壁时,冷却油流体所辐射出的冲击波不仅使套管失稳时间有所提前,还会造成外壁膨胀破坏范围变大。应力集中现象和有效壁厚的减小使含初始裂纹缺陷套管剪切破坏失稳现象发展迅速。

基于突变理论的岩溶隧道拱顶安全厚度分析与失稳预测

为解决岩溶地区隧道安全施工的问题,在突变理论基础上,对岩溶隧道顶板安全厚度及稳定性问题进行研究。基于弹性梁模型,综合考虑围岩自重和隧道坡度等因素,建立隧道拱顶突变失稳的判别方程,得到岩溶隧道顶板安全厚度的计算公式,并分析相关因素对顶板安全厚度的影响规律。在此基础上,进一步提出隧道拱顶失稳预测方法,并结合工程实例进行验证。研究结果表明:溶腔水压力、溶腔大小、围岩弹模对拱顶安全有着重要影响;基于突变理论得到的岩溶隧道顶板安全厚度计算方法在实际工程应用中具备可行性与较高的准确性,建立的顶板失稳预测模型能有效预测岩溶隧道拱顶失稳时间。

基于贝叶斯更新的滑坡时间概率预测方法

滑坡时间预测是滑坡风险管理的重要组成部分,受限于多种不确定性、随机性因素的影响,准确预测滑坡时间非常困难。本研究提出一种基于贝叶斯更新的参数估计方法对滑坡时间进行实时概率预测,并进行多模型集成预测分析。结果表明:两个滑坡案例验证了贝叶斯更新进行滑坡时间概率预测的可行性;实时预测中,早期加速变形阶段的预测不确定性大,只有在临滑阶段才能获取较为可靠的预测结果;多模型集成预测分析可提升实时预测的可靠性,因此建议采用多模型集成进行滑坡时间预测决策。

用突变理论分析高速公路路堤土体稳定性

用突变理论分析土体稳定性,并对苏嘉杭高速公路(江苏南段)A9标段K91+934断面沉降观测数据进行了计算,得出的结论与工程实际相吻合,为适当提高控制沉降速率提供了理论依据。

考虑初始缺陷的超高矿柱蠕变分析及失稳滞后时间研究

根据超高矿柱结构及受力特点,并充分考虑初始几何偏差,建立了简化的压杆力学模型.基于弹塑性理论对具有初始几何缺陷的超高矿柱的挠度及内力进行了分析,并基于Kachanov损伤理论,对超高矿柱的损伤过程和失稳时间进行了研究.结果表明,在初始挠度的影响下,矿柱将出现不同程度的附加挠度,大小与初始挠度和压力比(上覆压力与矿柱极限荷载之比)有关,随着初始挠度和压力比的增加而增加.工程实例分析表明,矿柱的损伤孕育时间和失稳滞后时间与初始挠度、压力比及抗压强度有密切的关系,随着压力比和初始挠度增加,损伤孕育时间和失稳滞后时间快速变小,抗压强度越大,失稳滞后时间越大,即矿柱越稳定.

黄土滑坡滑带土的蠕变特性

从陕西泾阳泾河南塬11个新近发生和临滑的黄土滑坡不同深度位置采取原状土样,根据滑坡所处的地质环境和灌溉水诱发条件,按不同应力水平和不同含水率情况,分别对滑带黄土和古土壤进行了三轴蠕变实验和直剪蠕变实验,获得了该类滑带土的蠕变特性:蠕变形变均包含等速蠕变、加速蠕变和蠕变破坏3个阶段,但从加速蠕变到蠕变破坏均历时短暂;滑带土均表现为塑性破坏特征;滑带土发生蠕变破坏时对应的应变量ε基本在10%以下,随着含水率的增加,蠕变破坏相应的应变量也随之降低;而直剪蠕变在不同含水率下的破坏应变量都在4%以内;历时(t>0 min)的应力–应变等时曲线族几乎为一束曲线簇,均具有"归一化"现象,反映出该区滑带土具有良好的一致的蠕变变形特性。讨论了滑带土蠕变特性与边坡失稳时间预报模型之间的内在联系,为黄土滑坡的临滑预报作了实验研究和理论探讨。

基于速率-状态摩擦定律研究剪切应力扰动对地震断层演化的影响

本文从Nagata提出的与应力变化率有关的速率-状态摩擦定律出发,结合1D弹簧-滑块模型,采用Runge-Kutta算法,对静态应力扰动和周期性应力扰动下的断层演化过程进行了数值模拟,探讨了应力扰动对断层演化进程和断层失稳机制的影响.研究结果显示,与无扰动情形相比,正向静态扰动使断层失稳时刻提早,且时间提前量与扰动量的指数成正比;负向静态扰动使断层失稳时刻推后,且时间推迟量正比于扰动量.在周期性扰动下,断层失稳的发生总早于无扰动情形,且扰动幅值越大,失稳提前量越大;但是,扰动频率对失稳时刻没有明显的影响.这也进一步表明,地震应力波总是会导致断层失稳提前发生.同时,对于相同的扰动量,正向静态扰动下的失稳时间提前量比周期性扰动情形更大.周期演化过程的数值模拟结果表明,当远场加载速率给定且为常量时,若无应力扰动,则断层演化过程具有确定的周期性;但在周期性应力扰动下,断层失稳时间间隔出现明显的非周期性,断层在时间域上的演化变得更为复杂.