基于PFC2D的综放开采顶煤冒放规律数值模拟

为了更加形象地研究顶煤冒放形态特征、宏观地把破碎的散体看作非理想状态下随机流动的松散介质.以某矿1302N大采高综放工作面为工程背景,利用离散元散体颗粒流软件PFC2D建立放顶煤二维横剖面模型,主要研究顶煤位移、煤矸动场变化、放出体衍化以及超前支承压力分布等现象.研究对比得出:顶煤流动规律方面,走向上放煤步距增大,顶煤的始动点边界线前移,顶煤运移范围增大;倾向上间隔放煤的煤损主要集中于同一轮放煤支架间的漏斗煤损.煤矸流场规律方面,采高增大煤矸分界线逐渐变陡;放煤步距增大,煤矸分界线始终保持双线形态前移.矿压显现规律方面,顶煤的硬度增大,顶煤分区中范围逐渐缩小,即超前支承压力峰值区向煤壁靠拢;采放比增大,超前支承压力峰值区远离煤壁,综放开采顶煤破碎后的流动特点和运移路径的数值模拟研究,有利于掌握散体顶煤的放出规律,据此对放煤工艺参数进行针对性的优化设计,对提高煤炭资源采出率具有重要意义.

超高周疲劳作用下花岗岩裂纹演化过程研究

为探索超高周疲劳作用下花岗岩内部裂纹的演化机理,构建符合矿物实际分布特征的颗粒流模型,对其进行超声疲劳加载,通过超声疲劳试验加以验证。结果表明:超高周疲劳作用下,花岗岩微裂纹主要由拉张应力机制产生的。在宏观裂纹出现前,矿物晶体边界微裂纹占主导,随宏观裂纹出现,晶内裂纹占比逐渐增大并处于主导地位。

含水泥岩卸荷蠕变数值模拟及劣化机制研究

为揭示含水泥岩卸荷蠕变破坏机制,开展不同含水率泥岩升轴压卸围压蠕变试验、细观结构测试及数值模拟分析。试验结果表明,含水率对泥岩蠕变变形影响显著,且同一蠕变应力水平下,轴向应变受含水率影响显著大于侧向。SEM图像分析表明,含水率增大导致泥岩内部孔隙度增大,矿物颗粒被溶解弱化,由致密程度好、强度高向强度低、疏松多孔不规则的堆积结构转化;并基于真实的泥岩细观结构特征,生成了统计学上等价的细观结构网络,建立了相应的GBM-PSC数值模型,并进行了验证。数值模拟计算结果发现,各类微裂纹数量均随含水率增大而增加,晶内张拉裂纹数量呈先增大后稳定再增大趋势,而晶间剪切裂纹数量则随含水率增大而持续增加;接触切向力角度偏转值及平均孔隙度均随卸荷蠕变时间增大呈先减小后稳定再增大趋势,且含水率越大,变化趋势越显著。最后,建立干燥及含水泥岩三阶段卸荷蠕变劣化演化模型。研究结果可为水作用下软岩工程开挖卸荷蠕变变形破坏机制研究提供一定的理论参考。

沥青混合料细观结构离散元分析

为了在细观层次上分析沥青混合料的力学特性,本文用多边形单元模拟粗集料,球形单元粘结在一起模拟沥青玛蹄脂,在细观尺度上建立比较直观、清晰的离散元数值模型,采用3种接触模型描述沥青混合料内部的相互作用,并进行单轴压缩虚拟试验,分析沥青混合料的变形与应力情况。论文对虚拟试验结果进行分析,得出一些重要结论,并对本文的后继研究提出有意义的建议。