含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合数值模拟

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,并引入煤体变形过程中细观单元损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用模型·应用该模型模拟研究了煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出过程、突出前后煤体中瓦斯压力的变化规律以及采动影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,这对于进一步深入理解煤与瓦斯突出机理、瓦斯抽放作用机制等并采取相应的预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义·

岩石破裂过程围压效应的数值试验

运用岩石破裂过程分析系统RFPA2D模拟了岩石在变形破裂过程中围压对岩石变形、强度及声发射特性的影响。研究结果表明:数值试验结果与实验室观察得到的岩石变形、强度(弹性模量、抗压强度等)以及岩石破裂过程声发射的围压效应相吻合;同时,数值试验对在实验室中难以准确监测的声发射现象也进行了准确的模拟,所得结果对于地震预报、岩爆等冲击地压的预测具有一定的指导意义。

侧向压力作用下巷道围岩破坏机理的数值模拟

作者通过应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心开发的RFPA2D程序模拟巷道在侧向压力作用下的破坏过程,了解巷道围岩在侧向压力作用下围岩应力分布状态和围岩非线性渐进破坏机理。巷道围岩在侧向压力作用下首先在巷道拱顶左侧及底板右侧产生拉破坏。产生拉破坏后,应力集中程度减弱。接着应力场向远处转移,最后远处形成的拉裂纹与拱顶右侧及底板左侧的剪切裂纹贯通,造成巷道的失稳破坏。这些研究工作,对于将来调整矿体回采顺序,选择安全合理的支护方案以及改善围岩应力分布状态,具有一定的指导意义。

远程卸压瓦斯抽放数值模拟

利用新近开发的含瓦斯煤岩破裂过程固气耦合作用的F -RFPA2D数值模拟工具 ,模拟了潘一矿在下煤层开采过程中上覆岩层的移动、垮落的全过程 ,以及由于下煤层开采所诱发的上煤层 (主采煤层 )透气性演化过程 ,并对采动影响下煤层瓦斯抽放时瓦斯的流动运移规律进行了初步的数值模拟研究。模拟结果同现场工程实际比较吻合 ,表明利用F -RFPA来研究煤矿开采所诱发的煤层透气性演化和瓦斯运移等工程实际问题是可行的。

含瓦斯煤岩突出过程数值模拟

含瓦斯煤岩突出是煤炭开采过程中一种复杂的工程诱发灾害。根据煤岩体变形与瓦斯渗流的基本理论 ,考虑煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂过程中透气性的非线性变化特性 ,建立了含瓦斯煤岩突出过程固气耦合作用的RFPA2D Flow模型。利用该模型对石门掘进诱发的含瓦斯煤岩突出进行了初步的数值模拟 ,模拟结果再现了煤岩介质在瓦斯压力、地应力和煤岩力学性质等因素综合作用下由裂纹萌生、扩展、相互作用、贯通直至失稳抛出的突出全过程 ,揭示了采动影响下煤岩介质渐进破坏诱致突变的非线性本质 ,包括含瓦斯煤岩破裂过程中应力场的演化 ,为含瓦斯煤岩突出机理研究提供一套全新的数值试验分析工具。

岩石破裂滑动过程及其声发射数值模拟

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA2D系统 ,对滑动形成过程进行了数值模拟研究。滑动岩体似为非均匀弹 -脆岩石材料 ,模拟结果再现了滑动形成从变形到破坏直至失稳的全过程及其声发射规律。结果表明 ,剪断面是滑动形成的主要形式 ,并首先在试样一端出现 ,然后再形成由一端及里的剪断面扩展直至另一端最后产生剪断面破坏贯通 。

真实破裂过程分析软件与多物理场耦合软件结构力学模块对比研究

简要介绍了真实破裂过程分析软件系统(RFPA)和多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Mul-tiphysics),并分别运用这两个软件系统对受拉应力作用下带孔平板试件和共心圆轴试件在热应力作用下的受力变形特征进行了数值模拟对比分析,指出真实破裂过程分析软件系统的特色在于对材料破坏过程的分析处理,而多物理场耦合数值模拟软件系统的特色在于对于复杂多场耦合问题的求解,将这两种软件系统各自的特色特点结合起来应用于材料破坏过程中的多场耦合问题分析是以后应当努力发展的方向.