模拟爆炸冲击加载下岩石破裂行为的改进JH2模型

JH2模型广泛应用于模拟脆性材料的动态力学行为,但是其强度准则和损伤定义存在一定不足,因此本文针对爆炸冲击荷载作用下的岩石材料提出了一个改进JH2模型.首先为强度模型增加了初始屈服面和非线性损伤尺度因子,对拉伸和压缩损伤分别进行拉压不对称处理,并将体积塑性应变引入到压缩损伤中.将该模型嵌入LS-DYNA材料子程序后,开展一系列单元测试、分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)动态劈裂试验和岩石爆破试验的数值模拟.数值模拟结果表明:改进后的JH2模型克服了原始JH2模型在损伤演化的拉压不对称特性、非线性应变硬化行为、洛德角效应和体积行为等方面的不足,证明了本文所提改进JH2模型的预测精度和应用潜力.

近距离煤层多次采动影响巷道围岩破坏特征与控制

针对隆德煤矿近距离煤层上下同采工作面巷道围岩稳定性控制问题,采用现场实测和理论分析方法,对多次采动影响下巷道支护体受力特征和煤柱应力演化特征进行研究。结果表明,巷道锚杆/索受力经历7个变化阶段,包括采动影响前初始稳定阶段、单工作面超前影响阶段、双工作面超前影响阶段、采动卸压区快速升高阶段、采动应力恢复区慢速升高阶段、二次稳定阶段和双工作面开采扰动升高阶段;煤柱采动应力演化经历5个阶段,包括采动影响前初始稳定阶段、单工作面超前影响区缓慢上升阶段、采动卸压区快速上升阶段、采空区压实自由演化阶段和双工作面开采扰动升高阶段。随着钻孔应力计安装深度增加,煤柱应力呈现先升高后降低趋势,煤柱浅部3 m左右进入塑性状态,承载能力降低;基于上述观测结果,对新掘巷道支护参数进行优化,在保证围岩长期稳定性的同时还可以降低支护费用,实测结果表明,支护参数优化后巷道表面位移量在工程允许范围内,巷道围岩裂隙发育程度较低。

液压张裂掘进法在半煤岩巷掘进中的应用

针对辛置煤矿东区地质条件复杂,已施工的轨道大巷和皮带大巷之间层位差别大,在设计时常需要在两条大巷之间施工断面较小、长度较短的联络巷作为回风、行人或运料通道,传统的炮掘法受政策影响和安全性较难控制等原因不宜使用,综掘法受巷道客观条件制约发挥不出机械优势等问题,通过利用断面中较软的含煤层更易人工创造充足的凌空面或自由面这一特点,提出采用液压张裂掘进法进行施工。结果表明,在半煤岩巷或巷道断面岩层占4/5以上的含煤岩巷中利用液压张裂掘进法掘进,单进水平满足要求,并在很大程度上减轻了职工的劳动强度。

复杂地质条件下小净距隧道施工力学效应研究

小净距隧道施工过程中,如何保证中岩柱围岩的稳定是施工的一大难题。以某铁路隧道为研究背景,采用数值模拟方法研究了小净距隧道施工过程中围岩的变形、支护结构的应力、围岩的塑性区、对拉锚杆的受力情况,系统分析了隧道围岩、支护结构变形及受力特点。研究结果表明,对中岩柱采用对拉锚杆及注浆的加固方式,能够保证中岩柱围岩的稳定性,确保隧道施工安全。

预应力摇摆双层桥梁框架墩结构体系地震反应分析

为了提升双层桥梁结构震后功能的可恢复性,本文提出一种预应力摇摆双层桥梁框架墩结构体系。采用拉格朗日方程和动量矩守恒定理建立该类摇摆双层桥梁框架墩的动力反应分析模型,进行了结构地震反应的分析,给出了预应力束参数对体系地震反应的影响,并对Ricker小波作用下结构的抗倒塌能力进行了分析。研究结果表明:采用实际工程尺寸的预应力摇摆双层桥梁框架墩在E2地震作用下的残余位移小,结构基本无塑性损伤;增大初始预应力参数ρ_(t0)可以减小上层墩柱的位移反应,但下层墩柱的反应呈现一定程度的增大;在一定频率范围内预应力设计参数的增大可以提升结构的抗倒塌能力,但在另外一些频率范围内则存在负效果。

强构造应力巷道高预紧力锚杆锚索联合支护效果研究

本文以新疆潞新二矿强构造应力巷道为背景,针对E4205下顺槽巷道围岩稳定性问题,对高预紧力锚杆锚索联合支护技术的应用效果进行了深入研究。首先,通过水压致裂地应力测试,测得最大水平主应力σ^(H)为13.33 MPa,最小水平主应力σ^(h)为7.05 MPa,垂直主应力σv为7.62 MPa,最大水平主应力方向北偏西47.0°;其次,采用FLAC^(3D)数值模拟,研究了两种预紧力等级下锚杆对巷道围岩应力分布的影响规律,揭示了高预紧力锚杆支护产生的应力值更大,形成的有效压应力区范围更广;最后,针对强构造应力地层巷道,提出了“高预紧力锚杆锚索联合支护”方式,通过监测,对比分析了采用高预紧力锚杆锚索联合支护技术应用前后巷道围岩的变形,发现高预紧力锚杆锚索联合支护方式能有效控制该类巷道的变形,保证工作面的安全生产。

岩壁代模的地下室外墙单侧支模施工技术研究

为了充分利用地下面积,较多的建筑地下室外墙与基坑支护结构进行密贴设计,促成了地下室外墙单侧支模施工工艺。常见的单侧支模工艺具有植筋钻孔工作量大、穿孔渗漏风险大,或模板易变形、爆模风险大,或支架笨重、成本高等问题。以紧邻地铁并采用逆作法施工的深圳市某工程为背景,研究并创造了岩性地质条件下外侧以岩壁代模、内侧采用膨胀锚栓锚固拉结的新型单侧支模施工技术。该技术减少了大量的石方开挖,避免了产生肥槽而带来需要在有限空间作业和增加回填工程量的问题,实施后地下室外墙观感质量良好,工期效益和经济效益显著,可为类似工程提供借鉴。

动压影响下软岩巷道围岩控制技术研究

3506回风巷围岩为软岩且巷道受本采面、邻近采面采动压力影响,围岩变形量较大且局部位置支护体系面临失效问题,给巷道后续使用带来较大影响。对回风巷现场条件及围岩变形特征分析基础上,提出采用高强预紧力锚杆(索)+底角锚杆+巷帮锚索方式进行支护,通过高强预紧力锚杆(索)强化顶板及巷帮围岩支护强度,提高支护体系与围岩耦合效果;采用底角锚杆可降低甚至阻隔顶板及巷帮压力对底板影响,提高底板抗底鼓能力;巷帮锚杆可将巷帮应力向深部转移,减少巷帮表面位移量。现场应用后,3506回风巷在动压影响下围岩变形量始终在允许范围内,为巷道正常使用创造良好条件。

Studying of Kinematics and Elements of Tension of Blocks of the Massif According to Field Geological Observations

The description of the received new results of field geological (teсtonophysical) study of massifs of rocks is provided: tectonic jointing, explosive and folded deformations, mirrors of slidings, tectonic motions of blocks of breeds. Reconstruction of fields of tension according to geological data of the certain massif of the Chatkalo-Kurama mountain area (Tien-Shan)—a coastal zone of the Charvak reservoir and the Almalyk mining industrial region is executed. The multidirectional motions of blocks of rocks in the massif of a coastal zone of the Charvak reservoir connected with tectonic and technogenic factors are revealed. The scheme of kinematics and the intense deformed condition of blocks of the Almalyk district is received. Here the regional field of tension with horizontal and submeridional orientation of an axis of the main normal tension of compression at the inclined provision of two other axes are observed. The received results testify to opportunities field the tectonophysical of methods for obtaining important data on kinematics and dynamics of massifs of rocks, tectonic blocks, and features of their deformation. Such studying of the massif of rocks before the beginning and in the course of performance of work on objects of the national economy is important for the choice of design and optimum parameters of laying of excavations, control of a condition of their boards and walls, definition of strategy of safety of conducting mining operations and also seismic stability of constructions.

阳-非离子型表面活性剂醇醚季铵盐的合成及性能

以Guerbet醇醚(C_(24)PO_(10)EO_(10)OH)非离子型表面活性剂为原料经氯代和季铵化反应合成了一种含支链烷基的醇醚季铵盐(C_(24)PO_(10)EO_(10)-TAC)。实验结果表明,这种新型的阳-非离子型表面活性剂具有优良的耐温耐盐性,当含量为0.3%(w)时,对水溶液中NaCl,CaCl_(2),Na_(2)SO_(4)三种无机盐的容忍度分别可达186000,170000,155000 mg/L,且在80℃下密封保存30 d后,有效物浓度保持率高达98.5%。这种表面活性剂在碳酸盐岩/水界面的吸附量仅为3.08×10^(-7)mol/g(0.45 mg/g),显著低于传统的阳离子型表面活性剂,同时可有效提高碳酸盐岩表面的亲水性。将C_(24)PO_(10)EO_(10)-TAC与亲水性非离子表面活性剂烷基糖苷APG-1214以及另一种阳-非离子型表面活性剂C_(18)PO_(25)EO_(20)-TAC复配,得到的二元或三元表面活性剂混合物可在总含量为0.06%~1.00%(w)的范围内将相关原油/模拟盐水(矿化度75346 mg/L)的界面张力降至超低。

张拉预紧式锚杆在深部巷道围岩变形控制中的应用

随着中国煤矿开采进入深部,巷道围岩变形控制已成为煤矿企业面临的一个突出问题。分析了深部巷道围岩变形的特点,主要是巷道变形量大、变形时间长且动力灾害显著。为实现对深部巷道的快速有效支护,采用张拉预紧式锚杆。结合实际情况,探讨了张拉预紧式锚杆在深部巷道围岩变形控制中的应用,可以为深部巷道支护工作提供一定的参考。

基于改进Faster RCNN的岩石热红外图像张剪裂纹检测

区分岩石破裂模式对矿山灾害防治具有重要意义,为了能够有效识别岩石破裂模式、监测破坏过程,提出了一种基于改进Faster RCNN的岩石热红外图像张剪裂纹检测算法。首先开展花岗岩单轴压缩试验,使用红外热像仪获取岩石破裂过程中的热红外图像,制作岩石红外裂隙数据集;然后对Faster RCNN网络模型进行改进,通过引入注意力引导的上下文特征金字塔网络对特征提取方法进行优化,采用级联结构提升检测框回归准确度,同时使用岩石红外裂隙数据集对模型进行训练及验证;最后对实测岩石红外图像进行张剪裂纹识别。试验结果表明:该算法检测精度达到了94.15%,每秒检测帧数为19.27 fps,综合性能得到显著提升,研究结果可为预测岩石破裂位置及破裂模式提供一种思路。

单轴压缩和巴西劈裂试验条件下Ⅰ类和Ⅱ类岩石的荷载速率依存性指标研究

掌握岩石的时间依存性,对于估算地下结构的长期变形和稳定性是必不可少的。本文采用恒定加载速率(CLR)和交替加载速率(ALR)方法,对Ⅰ类和Ⅱ类岩石在单轴压缩(UC)和巴西劈裂(BT)条件下的全应力-应变曲线、峰值强度、加载速率效应和杨氏模量进行了比较分析,探寻了两种条件下岩石的相似性和差异性,同时,对荷载速率依存性进行了量化分析和深入研究。结果表明,两种加载条件下的全应力-应变曲线具有相似的规律;不同类型岩石的单轴压缩强度与劈裂强度的相关系数k在0.0424~0.1394的范围内,两者可以相互转化;劈裂模量与弹性模量之间存在线性关系,两个模量具有明显的时间依存性,且可相互转换;把常数n作为岩石荷载速率依存性指标,其值与加载条件、试验环境等因素相关,地下岩体的速率依存性指标值n可定量评价和预测地下结构的长期稳定性。建立了基于n值的可变模量本构方程,模拟了两种试验条件下的实验数据,计算结果的一致性较好。

深部围岩分区破裂化模型试验研究

为研究深部巷道围岩破裂机理,在"深部巷道围岩破裂机理与支护技术模拟试验装置"进行了模型试验,系统研究了深部巷道围岩在最大初始开洞荷载与洞室轴线平行作用下直墙拱顶试验的破坏形态和机理。模型试验表明:当最大主应力与洞室轴线平行,在较大轴向压力作用下产生较大的朝洞内的膨胀变形,使得在围岩内产生较大的径向拉应变,其产生的拉伸断裂是出现分层破坏现象的关键,分布特点是随着轴向应力的增加其拉应变值增加,随距洞壁距离的增大其拉应变值减小。拉伸断裂面形成后,相当于在原来的介质内又形成了一个新的半径增大的洞室,洞室在较大的轴向压应力持续作用下,拉伸破坏过程不断重复出现,就会形成交替的破裂区域和未破裂区域,即分层破裂现象。

岩层中抗拔桩的承载力计算方法探讨

根据模型试验结果和对岩层中抗拔桩破坏模式的分析 ,通过研究已有的计算公式 ,提出了改进的计算岩层中抗拔桩承载力的公式和计算参数的确定方法 ,然后用模型试验的结果对计算公式进行了检验并用其预测了泸州长江二桥现场抗拔桩的极限抗拔承载力。

灰岩拉伸过程中细观结构演化的分形特征

岩石损伤演化的本质在于内部微细观结构发生了不可逆的劣化,它会在岩石表面体现出来。通过带扫描电镜的伺服试验机对岩石进行了拉伸试验,实时采集了岩石变形破坏过程中表面细观形貌的SEM照片。试验表明岩石在变形破坏过程中表面形貌将发生不可逆的演化直至最终出现宏观拉伸裂纹。针对SEM照片,借助数字图像处理的方法进行了阈值分割及边缘检测,计算出SEM数字图像的分形维数作为描述岩石表面细观形貌的参数。研究表明,随着载荷的增大,岩石表面的分形维数也逐渐增大,岩石的损伤程度加剧。

岩石受拉破坏的数值模拟方法

为了研究原始岩石介质的不连续及破坏后形成的不连续面,以岩石拉破坏的理论为基础,利用有限元方法引入裂张单元的概念,给出了岩石拉张破裂的四个判据,给出了裂张单元的原理,通过简支梁、中心有孔洞的薄板及巴西盘的具体实例,得出用裂张单元可以实现岩石破裂过程的模拟;岩石破裂后裂纹周围应力状态分布发生改变,需要重新调整。

岩石直接拉伸与压缩变形的试验研究

采用自行研制的可对同一岩石试样进行单轴压缩和直接拉伸的试验装置,对3种岩石进行了压缩和直接拉伸试验。结果表明,这3种岩石的压缩弹性模量均大于拉伸弹性模量,压缩与拉伸弹性模量之比分别为1.1,1.4,2.5。压缩泊松比也大于拉伸泊松比。研究表明:直接拉伸下切线泊松比随荷载的增加而减小,与压缩下泊松比的变化相反。

砂岩拉伸过程中的能量耗散与损伤演化分析

岩石作为一种非均质的复杂地质材料,其力学响应表现出明显的非线性和各向异性特点。借助先进的试验测试系统,可以对岩石进行直接拉伸试验,从而在现有大量压缩试验的基础上进一步完善对岩石基本力学行为的研究。通过砂岩的循环拉伸试验研究发现,拉伸过程中外载所做的总功除了引起岩石弹性变形能的增大外,还有一部分被耗散掉从而导致岩石发生不可逆的损伤。在对能量耗散进行分析的基础上,可以建立岩石的损伤演化方程,并通过试验测定相应的参数指标。试验研究和理论分析表明,基于能量耗散分析建立的岩石损伤演化方程可以较好地描述岩石的损伤演化过程。

单轴拉伸条件下断续节理岩体锚固效应试验研究

选用改性橡胶粉–水泥砂浆模拟岩石,用玻璃纤维增强塑料作为锚杆模拟材料,通过室内试验研究单轴拉伸条件下,锚杆对含贯穿裂隙岩体的加固效应。结果表明:与不加锚试件的破坏形式相比,加锚试件均表现出塑性破坏特征;锚杆提高了节理岩体的变形模量和单轴抗拉强度,且加锚试件的变形模量和单轴抗拉强度随锚固角的增大先增大后减小;随着锚固角的增大,试件后期破坏模式发生改变,这与锚杆的黏结性能和抗剪切性能的复合作用有关。