Study on the Theory and Method on Identification of the Mobile Block in the Face-Contacted Blocks Structure in Rocks Between Coal Seams to Mine the Left-over Coal Above the Gob

In mining the left-over coal above the gob,stope wall rock of mining area have hard limestone.through field observation,the face-contacted block structure was found in rocks between coal seams to mine the left-over coal above the gob.In order to probe into the movement law of rock strata and strata control measures,it is very important to identify the mobile block in face-contacted block structure of rocks between coal seams.This paper relies on the thought of block theory to establish appropriate parameter matrix and figure out its discrimination matrix in view of the fact that the block in face-contacted block structure has high intensity and stiffness,the

基于数字摄像测量的开挖空间模型及不稳块体的快速识别

开挖空间模型构建和不稳块体识别是岩体稳定性研究中非常重要的基础性研究课题。采用数字摄像测量技术可快速获取现场围岩结构面信息,建立围岩开挖空间模型。在此基础上,提出一种新的块体识别方法,即将岩体划分为小的块体单元,然后依次添加结构面,对块体单元进行切割,最后去除网格合并块体单元形成形态复杂的空间块体模型。运用该识别方法对丹东—大连高速公路隧道工程的不稳块体进行快速识别,结果显示:该方法具有较强的通用性和可靠性,有助于岩体隧洞开挖过程中超前预报和加固方案的优化。

土石混合体三维细观结构随机重构及其力学特性颗粒流数值模拟研究

土石混合体是一种非连续、非均质、各向异性的土石混合多相介质,其力学性质极为复杂,与内部土石细观结构密切相关。从细观结构层次出发,运用计算机随机模拟技术,建立了一种基于不规则块石的土石混合体三维细观结构重构方法,并基于FORTRAN语言开发了相应的三维细观结构随机模拟系统(RMS3D),在此基础上,考虑块石的不规则形状,建立了土石混合体的离散元模型,并采用颗粒流程序对其开展了不同法向应力下三维直剪试验模拟,探究了块石空间分布对其力学特性的影响。研究结果表明:土石混合体的力学性质受内部块石空间分布影响显著,在相同级配和含石量下,不同块石空间分布的土石混合体试样的剪应力–剪切位移曲线和法向位移–剪切位移曲线均不相同,尤其是在峰后呈现出了明显的差异,且后者开始出现差异时相对于前者滞后;另外,受剪切面上块石阻碍的影响,由于试样内部块石空间石分布的不同,导致不同试样剪切破坏后所形成的剪切带的形态和厚度也存在一定的差异。

边坡及洞室岩体的全空间块体拓扑搜索研究

在一定空间区域内,由三维有限长的随机结构面及确定性结构面切割形成的所有块体的搜索问题,即全空间块体搜索问题,是裂隙岩体研究中十分重要的基础性课题。在随机结构面切割下全空间块体拓扑搜索一般方法研究基础上,进行边坡及洞室岩体的全空间块体搜索问题研究。给出计算分析过程,包括三维结构面网络模拟、结构面与边界面之间的交线分析、封闭回路分析、回路空间位置分析、孤立回路删除、相关回路分析以及封闭块体搜索等,并对其中的结构面与边界面交线求解进行重点讨论。对块体切割中出现的简单凸多面体及凹多面体、坑体、环体、腔体等4种块体类型进行分析,基于单连通和复连通回路的不同特点,讨论如何统一地对4种块体类型进行搜索分析,从而实现边坡/洞室岩体的全空间块体拓扑搜索技术。在此基础上,基于经典的块体理论,实现边坡/洞室工程中的块体渐进失稳分析技术。最后,针对边坡和洞室算例进行分析和讨论。

三维任意裂隙网络渗流模型及其解法

首先,分析三维裂隙网络渗流分析模型需解决的2个关键问题,即如何获得结构面网络相交形成的裂隙渗流通道、如何计算二维任意形态区域的渗流问题。采用全空间块体搜索(三维块体切割)技术,得到封闭块体的边界就是渗流通道,块体边界的连接关系就是渗流有限元计算节点的连接关系;块体边界的裂隙面(或临空面)由不同形态、不同数量的回路构成,将每个回路上的渗流考虑为二维连续介质渗流,在面的局部坐标系下,通过单纯形积分解决任意形态回路上的渗流问题。然后,根据计算节点连接关系,形成总体渗流矩阵和渗流控制方程后就可实现三维任意结构面网络渗流计算。最后,采用算例对理论分析过程和计算程序进行检验,并将三维结构面网络渗流分析结果应用到块体系统渐进失稳分析中。

采用全空间块体搜索技术初步研究岩体完整性

岩体完整性包括两方面含义:岩体切割程度和岩体块度。全面反映岩体完整性需要同时考虑结构面间距和长度,而不仅仅是间距。采用全空间块体搜索技术,可直观形象地对岩体切割程度及块度进行研究。结果表明,迹长间距比越大,岩体被切割程度越高,完整程度越低。当迹长间距比为3～4时,岩体被切割成较为离散的块体,对应于完整程度为较破碎即完整～破碎岩体的过渡阶段,结构类型为次块状。岩体块度不完全取决于结构面间距,还与切割程度有关,即要考虑到迹长间距比,当岩体被完全切割(迹长间距比大于3～4)时,块度才基本只受间距控制。这些结论可以作为岩体完整程度及岩体结构类型划分的补充条件。另外,以迹长服从对数正态分布为例,讨论不同迹长分布对所得结果的影响。最后,根据典型工程实例的结构面地质统计资料,分析岩体完整性及结构类型。研究途径和结论对于深入认识岩体完整性具有较大意义。

复杂岩石块体识别的单元重构–聚合方法

为解决工程岩体开挖中含有复杂开挖边界时的块体识别问题,提出岩石块体识别的单元重构–聚合方法。首先,引入成熟的网格划分技术,通过建立网格模型(如有限元模型),实现对复杂开挖边界的精确模拟;其次,采用基于单元重构技术的结构面建模方法,将分布于岩体内的结构面建入网格模型;然后,提出基于单元聚合技术的块体构建方法和考虑有限性结构面时的单元组处理方法;最终可实现基于网格模型的复杂岩石块体识别。该方法识别所得的块体系统基于网格模型,块体的所有特征信息均可通过模型的单元和节点提取,块体的可视化也可在既有网格模型图形显示平台上实现。算例验证表明,当将结构面分别考虑为无限延伸和有限延展时,该方法的块体识别和稳定分析成果均与通用块体分析软件的结果一致。进一步将该方法应用于水电站大型地下洞室群的块体识别,可证明其应用于复杂岩石块体识别的有效性和优越性。因此,该方法是一种能够考虑复杂工程岩体开挖边界的岩石块体识别的新方法,其实现过程独立于基于拓扑原理的传统块体识别思路,为块体稳定分析提供了新的实现途径。

三峡地下厂房顶拱典型块体研究

岩石块体稳定性问题是三峡工程地下电站洞室工程的主要地质问题之一。电站主厂房洞室跨度大、边墙高,形成的临空边界宽大。本文介绍块体软件GeneralBlock的基本分析过程,并采用GeneralBlock软件建立三维岩石块体模型,对顶拱进行块体识别和稳定性分析。根据块体识别及分析结果,并考虑各块体内的组合形式,设计、施工了相应的预应力锚索或锚杆加固处理,并对锚杆、锚索和块体进行系统监测。监测结果表明,块体变形控制在2 mm以内,锚杆应力和锚索损失率保持稳定,锚固效果较好。

基于地质模式约束的天然裂缝测井识别方法研究

低序级断层及其诱导裂缝的识别是目前研究热点及难点.本文针对大芦湖油田樊162块低序级断层诱导裂缝识别难度大的问题,在地质模式的约束下,开展了低序级断层诱导裂缝的测井识别研究.结合岩心、薄片等资料将低序级断层内部到相邻储层划分为断层核、诱导裂缝带及原状地层三个部分,其相应的岩性特征主要发育断层核的白云岩、诱导裂缝带的白云质砂岩及原状地层的细—中砂岩.在此基础上,通过常规测井、正交偶极子声波等资料对天然裂缝进行了识别研究,建立了常规测井资料定性、定量识别图版、正交偶极子声波识别图版;在常规测井识别图版中利用声波时差曲线、微电极曲线、双感应-聚焦测井曲线、龟裂系数法等综合识别了裂缝;在正交偶极子声波图版中,利用纵波、横波、斯通滤波时差、泊松比、弹性模量及裂缝指数等对高角度裂缝进行了综合识别研究.结果表明,正交偶极子声波测井结合常规测井可以有效的识别发育在断层核部及诱导裂缝带处的天然裂缝,识别结果与岩心、薄片数据匹配较好,为下一步的油水解释及测井储层评价奠定了基础.

非均质性对砂岩试样宏细观破坏特征影响研究

砂岩的细观非均质性是造成应力-应变曲线及破坏特征差异性的本质原因。为探究非均质砂岩的宏细观破坏特征,采用X射线衍射(XRD)精细表征砂岩的矿物成分和含量,通过Fish语言构建矿物、节理力学参数正态分布的UDEC-Tri非均质模型,提出非均质岩样的损伤判别指标,研究了矿物颗粒弹性模量、矿物颗粒空间分布及节理黏聚力的非均质性对岩样宏观破坏及细观损伤的影响规律。结果表明:矿物弹性模量的非均质度(C^(b)_(v))增大,岩样应力-应变曲线的非线性特征增强,切线模量和抗压强度呈线性降低趋势,宏观破坏形式从剪切破坏向劈裂破坏转变。另外,C^(b)_(v)值增大导致更多相邻矿物颗粒屈服不同步,张拉裂纹占比增加,岩样起裂应力与损伤应力降低。C^(b)_(v)值相同时,矿物颗粒空间分布导致相邻颗粒之间出现力学参数“薄弱接触面”,与宏观裂缝扩展路径的一致性较好,是低强度岩样破裂特征离散性的根本原因;相比矿物C^(b)_(v),节理非均质度(C^(j)_(v))对岩样力学性质的弱化作用更显著。随着C^(j)_(v)的增大,岩样张拉裂纹长度逐渐增加直至超过剪切裂纹,小尺度裂纹占比增大,其破裂模式从“单斜面剪切破坏”转变为“X状共轭斜面剪切破坏”。研究结果解释了同一产地、尺寸砂岩试样破坏特征差异性的机制,为建立非均质与试样强度、破坏特征的映射关系提供参考。