岩体裂隙产状对速凝类浆液扩散规律影响研究

通过选取地下工程灾害处理中常用的水泥-水玻璃双液浆(C-S浆液)为速凝浆液注浆材料,将其当作一种具有黏度时变性的宾汉流体。基于流体力学理论,建立了综合考虑浆液自重及其黏度时空变化的倾斜裂隙注浆扩散模型,继而推导了注浆扩散过程中浆液黏度和压力时空分布方程。在此基础上,借助室内试验和三维有限元程序,对理论模型的有效性和合理性进行验证。最后,基于构建的注浆扩散模型,系统分析了岩体裂隙产状对浆液扩散规律的影响。研究表明,岩体裂隙倾角和浆液扩散方位角均会对浆液扩散特征产生显著影响,在实际注浆过程中应给予足够重视。

岩溶裂隙产状对帷幕注浆施工及堵水的影响

以南李庄铁矿帷幕注浆工程为例,通过对钻探岩芯裂隙发育的统计整理,分析了水平、斜向和垂向3种裂隙产状对注浆扩散效果的影响,同时结合矿区构造发育特征,评价了帷幕线与裂隙之间组合形式对注浆施工及工程质量的影响,为类似工程的设计施工及堵水效果评价提供依据。

天然地应力作用下不同产状岩体裂隙渗流特性研究

为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响,基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律,建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式,利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响,并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性;然后,以我国大陆地区地应力统计规律为例,分析了地表以下5 000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明:裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响,对于浅层岩体,在大主应力大致呈水平方向分布时,随着裂隙面倾角的增加,裂隙渗透系数逐渐降低;但随着深度的增加,在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时,裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加,在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显;对于深部岩体,裂隙的渗透性很小,裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱;对于有充填物裂隙,岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。

油页岩原位开采中裂隙与井组相对位置及其产状对加热效果的影响

当采用对流加热技术对地下油页岩进行加热时,地下的裂隙为热流体提供了运移通道,影响着油页岩的加热速度和加热范围。因此充分地认识地下裂隙对油页岩加热效果的影响,确定合理的布井方式对油页岩的开采十分重要。通过使用商业仿真模拟软件ANSYS,建立了3组含有简化裂隙的三维模型,以此来模拟油页岩原位注热开采中的温度场,探究并分析不同裂隙位置与产状条件下油页岩的加热效果。模拟结果表明,加热5年后即可达到稳态,加热井远离开放裂隙,生产井位于加热井与开放裂隙之间时油页岩加热效果更好。井组连线的走向垂直于裂隙走向时,加热效果更好;开放裂隙垂直于岩层时,加热效果更好。

露天矿端帮岩体裂隙产状误差校正方法

裂隙的方向可以直接在露头上观测,但如果对露头上的观测数据直接统计确定裂隙的平均方向和分布特征会存在一定的误差,这是因为在露头面上那些与露头垂直的裂隙更容易与露头面相交而显得数量多,相反那些与露头面平行的裂隙因为很少在露头上出现,其统计数量会少。根据裂隙方向与观测面的方向及观测面的尺寸,可从概率上推断该裂隙在观测面上出现的理论条数,假定这些裂隙的产状相同,就可按照一定的分组方式对产生的新的裂隙进行分组,得出较准确的平均产状。

冻结饱水单裂隙岩体力学特性试验研究

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验,研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响,试验结果表明:裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布,与迹长呈指数函数分布,通过拟合式(3)可近似计算岩体强度;岩体强度与围压呈线性分布,负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小;隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时,岩体强度随隙宽增大而减小,隙宽在0.1~0.8 mm之间时,岩体力学参数几乎不受隙宽影响;岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰,增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角;裂隙倾角影响破裂面的起始位置,迹长影响破裂面的扩展规模,围压影响破裂面的延伸方向;倾角对岩体强度影响最大,迹长次之,温度影响最小。

裂隙红砂岩冻胀力特性试验研究

裂隙岩体冻胀现象在富水岩层冻结工程中普遍存在,冻胀力易使得岩体裂隙尖端应力集中而产生新的微裂纹,微裂纹扩展贯通导致岩体发生不同程度破坏。为揭示裂隙岩体冻融损伤演化机制,探究以冻胀力驱动下的岩体裂隙扩展规律,利用超薄型电阻式压力传感器、温度传感器、低温恒温箱组成的冻胀力测试系统对不同冻结速率、不同裂隙尺寸、倾角以及不同边界条件下红砂岩贯通裂隙中的冻胀力进行测试,分析了贯通裂隙中冻胀力演化规律、冻胀劣化机制以及冻胀破坏模式。结果表明:含贯通裂隙试样典型冻胀力演化过程分为初始冻结阶段、迅速上升阶段、卸荷阶段、维持阶段、消散阶段;冻胀作用使得贯通裂隙端部附近出现明显裂纹扩展现象,试样整体呈竖向张拉破坏;贯通裂隙最大冻胀力随隙宽呈单指数函数增长、与温度成线性正相关;冻结过程中,试样边界条件对裂隙冻胀力影响显著,刚性约束边界条件下最大冻胀力达到1.27 MPa,融化过程中,不同边界条件对应不同冻胀力跌落现象;低温条件下贯通裂隙红砂岩冻胀力变化特征与冻胀过程中声发射能量变化规律一致,充分验证了冻胀力对贯通裂隙岩体的损伤劣化作用。研究成果可为裂隙岩体冻胀力理论计算与数值分析、冻融损伤机制、冰-岩耦合特性以及煤矿立井冻结壁设计等提供参考。

循环扰动荷载作用下花岗岩中裂隙萌生扩展过程的颗粒流模拟

从细观角度、采用颗粒离散元法开展了预制裂隙花岗岩循环加卸载的数值模拟试验.首先,使用图像处理技术识别花岗岩中的不同细观组分、结合室内单轴压缩试验结果对细观力学参数进行了标定.然后,通过编制颗粒流代码追踪裂隙的类型和扩展过程,分析岩石破坏过程中裂隙发展的阶段性特征.结果表明:不同倾角裂隙岩石的新生裂隙走向与预制裂隙贯通方向基本一致;根据新生裂隙的优势倾向分组得到裂隙起裂角与预制裂隙倾角的关系:倾角β≤45°时剪切和张拉裂隙的起裂角单调递减,倾角β≥60°时剪切和张拉裂隙的起裂角单调递增;循环扰动荷载增加了裂隙岩体的轴向变形,轴向累积残余应变曲线呈反S形、提高扰动荷载应力上限促使曲线进入加速阶段;试件峰值强度随裂隙倾角增大表现出先减小后增大的趋势,峰值强度为实验室完整岩石单轴抗压强度的63%~89%,反映了较为明显的劣化现象;在循环荷载作用下,剪切裂隙和张拉裂隙增长曲线表现出明显的变化特点,在裂隙不稳定扩展阶段中张拉裂隙数目增长速率显著大于剪切裂隙,对分析岩石变形破坏过程具有一定的参考意义.

地下岩层裂隙的几种勘察研究方法

本文介绍了地下岩层裂隙的4种勘察研究方法:钻孔岩芯法、超声成像法、钻孔电视法、钻孔流量测井法。经过多项工程实践,我们认为超声成像法对钻孔孔壁扫描获得裂隙产状、开度等参数是研究地下岩层裂隙的有效方法。钻孔流量测井法也可研究裂隙,计算裂隙开度。

露天矿边坡岩体裂隙测量与卸荷破坏的数值模拟研究

为探究露天矿不同高度边坡卸荷破坏模式的异同,以辽宁鞍山大孤山铁矿某岩质边坡为背景,利用边坡岩体内优势裂隙组产状、迹长和密度等随机分布参数,构建与边坡结构面具有相似分布规律的二维网络模型,借助PFC数值计算软件,探讨不同开采水平下坡体位移场和裂隙发展的时空演化规律以及边坡的破坏模式。研究结果表明:在边坡开挖过程中,出现的裂隙以张拉裂隙为主;裂隙主要出现在靠近坡面一定范围内,从坡面向里,裂隙数量减小,裂隙初始出现在坡脚区域,而后向坡顶发展;边坡开挖后,水平位移由负变为正,且突然增大,而后呈现阶跃型增长;边坡水平和竖向位移最大值发生在坡脚区域和靠近坡面位置,远离坡面,位移逐渐减小。

前视钻孔窥视视频提取钻孔信息的方法与应用

与数字式全景钻孔摄像系统相比,目前的前视电子钻孔窥视系统仅能通过摄像头对探头前方钻孔进行视频记录,后通过人工方式进行统计,无法得到钻孔全景图片或进行定量分析。通过研究窥视视频与实际钻孔之间的对应关系,提出了等效圆、等效直线的概念,推导了圆形窥视截图拉伸变形为矩形窥视截图的坐标变换公式,最终提出了前视电子钻孔窥视视频提取钻孔全景图片的方法。利用该方法成功地从常村矿N3-7工作面的前视窥视视频提取出钻孔全景图片,并通过H(色度)S(饱和度)L(亮度)色彩空间对全景图片进行了分析,计算出了钻孔中典型裂隙面的产状信息。该方法可以对钻孔内的裂隙等构造进行定量分析,适用于任何前视电子钻孔窥视系统。