深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究

采用MTS815试验机对钱家营岩样、煤样和煤岩组合体进行单轴和三轴压缩试验,获得不同应力条件下煤岩单体及组合体的破坏模式和力学行为,并比较异同。单轴条件下钱家营砂岩的破坏以剪切、劈裂及混合破坏模式为主,并且砂岩的峰值强度、弹性模量和波速近似成正比关系;在一定条件下砂岩能产生Ⅱ类曲线,但需采用环向位移控制加载,且砂岩需具有高强度和低非均质度,但煤和煤岩组合体几乎不发生Ⅱ类曲线破坏。单轴条件下煤样以劈裂破坏机制为主,但煤样的峰值强度与弹性模量、波速的关系基本不明显。对于不同围压下煤岩组合体的破坏主要发生在煤体内部:单轴条件下煤岩组合体的破坏以劈裂破坏为主,而煤体内部发生的破坏由于裂纹的高速扩展有可能贯通到岩石中去,从而导致岩石的破坏,并且煤岩组合体破坏后几乎完全丧失承载能力;而三轴试验中,煤岩组合体的破坏以剪切破坏为主,但破坏后还有残余强度。随着围压升高煤岩组合体弹性模量总体趋势是初始缓慢增加,当围压超过15 MPa后弹性模量迅速增加;组合体的峰值强度与围压基本成线性关系。

不同赋存深度岩石的动态断裂韧性与拉伸强度研究

按照国际岩石力学学会试验规范以及工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99),对不同赋存深度的玄武岩试件分别进行动态断裂韧性测试和单轴拉伸强度测试,得到动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在一定的关系;并从岩石破坏的力学机制角度,分析动态断裂韧性与拉伸强度之间存在联系的根本原因:两者均是由于岩石内部微裂纹受到拉应力作用而引起微裂纹的扩展、互相贯通,从而导致岩石的破坏。根据动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在的关系,可以由拉伸强度的测试结果推测试件的动态断裂韧性值,将大大简化动态断裂韧性测试的繁琐性。

海港码头大管桩力学特性的实验测试与反演研究

利用光纤光栅传感技术,在现场对大管桩在外载作用下的变形情况进行了测试。根据测试结果,利用数值模拟方法对大管桩进行了反演,得出大管桩相关力学参数,为进一步分析大管桩在各种工况下的受力情况提供了基础数据。

二维数字图像分形维数的计算方法

许多情况下分形维数的计算是通过对二维数字图像的分析得到的.针对二维数字图像的特点,探讨了采用盒维数计算其分形维数的方法.数字图像盒维数的计算是基于对像素矩阵的分析进行的,具有数字化的特点,其计算结果的精度与图像大小有较大关系.数字图像盒维数描述了由离散像素点构成的数字图像中关心区域的分布特点,但其物理意义还应结合数字图像所赋存的物理意义加以分析.

基于工程体-地质体相互作用的接触面变形破坏研究

针对工程体与地质体的相互作用机制,研究工程体和地质体之间不规则接触面的性质和表征方法;提出立方体覆盖的新方法来直接测量表面分维,提高了测量精度。利用光贴片试验研究不同接触形态地质体与工程体共同作用的界面效应(界面的变形、破坏和滑移规律)。开发了具有非均匀性和分形特性的接触面单元,建立了具有接触面特性的两体(工程体与地质体)力学模型。研究碾压混凝土坝和岩基两体相互作用的破坏模式和影响因素,以客观评价大坝整体的稳定性问题。应用断裂力学研究碾压混凝土坝和坝基两体相互作用时不规则坝踵裂缝扩展的稳定性,获得了裂缝扩展的临界长度和荷载,研究结果表明:两体接触面的粗糙性阻碍了裂缝的扩展。

条带煤柱稳定性理论与分析方法研究进展

条带开采作为保护地面设施的有效措施在我国的很多局矿得到广泛应用。本文就煤柱载荷、煤柱强度、煤柱稳定性与煤柱尺寸的确定三方面系统介绍了条带煤柱稳定性理论与分析方法，并对其中的影响因素进行了详细分析。

不同渗透压力下盐岩的渗透率测试研究

地下盐腔被广泛应用于核废料地下处置、石油天然气地下储存和二氧化碳封存,由于盐岩的低渗透性,目前很难通过试验获得其渗透率。通过稳态法对3种不同成分盐岩进行渗透特性试验研究,获得盐岩的渗透参数,并对拟压力法和考虑克氏效应的2种渗透率计算方法的结果进行对比研究。结果表明:(1)盐岩的渗透率与孔隙度极低,孔隙度为0.3%～3.0%,纯盐岩渗透为10-20m2左右,而含杂质盐岩渗透率更低,为10-20～10-21m2;(2)对盐岩的气测渗透率进行测试,进气压力为1～5 MPa时,Klinkenberg效应影响明显,当渗透力超过5 MPa后,岩体在渗透力作用下会产生损伤,渗透率升高;(3)通过对比,考虑Klinkenberg效应的方法较拟压力法在盐岩渗透率计算中更为理想。

孔隙介质细观渗流DLA效应的实验研究

很多工程问题都与流体渗流形貌密切相关。由于经典渗流力学是建立在均匀性假说基础上 ,因此不能考虑孔隙介质细观结构对渗流形貌的影响。通过细观渗流实验 ,研究了孔隙介质细观结构对渗流边界形貌的影响 ,揭示了渗流边界形貌演化的 DL A效应。从理论上说明了达西定理描述的不可压缩流体渗流与 L aplace分形的内在联系。建立了渗流边界的随机微分方程 ,揭示了渗流边界形貌的演化机理。理论计算与实验结果具有很好的一致性 ,初步说明了随机理论分析的正确性。文章指出 ,渗流边界之所以出现复杂边界是由于达西定理描述的平均化趋势与孔隙介质细观结构决定的随机涨落综合影响的结果 ,渗流边界 DL A效应的根本原因是由于孔隙介质中孔隙空间分布上的不均匀性。

露天煤体自然发火的试验研究

分析了露天煤体自然发火的原因和特点，进行了煤的氧化试验和野外煤堆自燃的模拟试验，通过对试验测试数据的分析讨论了煤体自燃发生的过程、温度场及CO排放量等的变化规律.所得结果对分析与预测煤体的自燃进程、防治露天煤体的自燃火灾等具有重要意义.

江阴大桥南岸边坡安全性综合评判模型的建立

随着工程开挖、工程荷载的增大以及环境因素的变化,岩土体必然产生相应的变形,甚至失稳破坏。安全监测的目的在于预测、发现失稳征兆。实测的边坡外部变形值,通常可由3部分组成,即边坡岩体的弹塑性变形、沿滑动面的剪切位移以及测量误差,而且目前尚难以将对判别边坡稳定性具有重要意义的沿滑动面的离出来。所以,对于在破坏之前变形量不大的岩质边坡,往往不易根据外部变形来判别稳定性。在阐述岩质边坡和地基外部变形特征的基础上,提出了根据外部变形观测成果对工程边坡安全性进行评判的非单点原则、一致性原则、累进性原则、合理性原则、无因果原则和可视性原则,并采用模糊数学方法,建立考虑多因子边坡安全性的综合评判模型,按地基和边坡的结构类型和边界条件分区,给出了江阴大桥南岸工程边坡的安全性评判实例。

综放开采顶煤体的连续损伤破坏分析

顶煤变形破坏规律是综合机械化放顶煤开采基础理论的核心 .从顶煤体单元受力角度 ,在考虑围压衰减变化的情况下 ,对综放开采顶煤体的损伤破坏进行了理论分析 ,首次推导出综放开采过程中顶煤体受力单元的连续损伤破坏力学模型 .分析结果用鹤壁煤岩的实验资料进行了对比验证 ,结果表明所建模型是可靠的 .

瀑布沟水电站地下厂房开挖过程中岩爆应力状态的数值模拟

瀑布沟水电站地下厂房赋存于复杂的地质环境中,厂房开挖过程中岩爆活动频繁。为分析围岩应力对岩爆活动的影响,研究初始地应力理论和计算方法,对厂房区域的地应力实测值进行线性回归,并在ANSYS中实现初始地应力的加载,得到与实际勘测结果相接近的初始地应力场。在此基础上,对地下厂房的开挖过程进行三维有限元数值模拟,根据岩爆判别准则对岩爆危险区域进行预测,并给出危险等级分类。岩爆模拟结果和现场监测结果基本吻合。研究结果表明,瀑布沟水电站地下厂房围岩区域的构造应力显著,且具有较强的方向性。地下厂房围岩整体上稳定,拱脚、洞室交口处围岩容易发生高等级岩爆。

孔隙介质渗透率的重正化群预计

孔隙介质渗透率与孔隙空间分布的几何结构密切相关.从孔隙分布的网络模型入手，应用重正化群理论与方法，提出了二维孔隙介质渗透率的预计新方法，并给出了一个预计渗透率的例子.预计结果比平均场理论和有效介质方法更接近于实际.

考虑体矩作用的增量有限元方程

应用有限变形 S- R分解定理 ,给出有外加体矩作用的情况下能量原理的功率形式 ,推导了有外加体矩作用的增量虚功率原理及相应的有限元基本方程 。

大尺度单裂隙介质应力–渗流耦合试验台架及其渗透系数测试研究

针对裂隙介质渗透特性的试验及理论进展,结合裂隙介质渗流诱发的工程问题,详细介绍自主研发的裂隙介质渗透试验台架;该台架可实现裂隙介质在法向、切向的同步、异步加载,其最大加载位移均为100 mm,最大加载荷载均为1 000 k N。密封技术是决定裂隙渗流试验成败的关键技术,通过相关调研及研究,针对试验所用的大尺度岩样,提出全新的密封试验技术(岩石表面内外放置密封圈),采用此技术实现了大尺度裂隙介质渗透试验的密封。同时,基于渗流达西定律及立方定律,得到适用于该试验台架的裂隙介质渗透系数计算方法。进一步地,利用该渗透台架,采取岩石表面黏贴细砂的方法模拟岩石表面的粗糙性,初步开展大尺度单裂隙花岗岩的渗透试验。并基于流量平衡原则,剔除无效试验数据,获得该单裂隙花岗岩渗透系数的变化规律,其随着渗透时间的增加,渗透系数逐渐增大,并稳定至某个数值。深入分析渗透系数变化的影响因素,认为裂隙介质表面黏贴的细砂对其渗透性有着决定性的影响。同时进行裂隙介质的表面为光滑、无黏贴细砂状态下的渗透试验,与之相对比,验证了裂隙表面的粗糙性是影响裂隙介质渗透系数的重要因素。渗透试验结果表明:此渗透试验台架采用该计算测试方法获得的参数是准确可信的,可以应用于地下核废料处置、水利水电地下硐室、水下隧道、采矿等工程有关问题的研究中,为能源的开发利用提供有效的研究手段。