库水作用下弱胶结碎石土力学特性劣化规律试验研究

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作者 王帝又 王文松 +1 位作者 吴冠仲 彭绍驰 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第9期250-259,共10页

弱胶结土广泛分布于金沙江两岸,其力学特性对水十分敏感。乌东德水库蓄水后,金沙江下游皎平渡渡口及山洞遗址将处于水下60~90 m处,开展库水对弱胶结土力学特性劣化规律的研究对于该遗址的保护具有重要意义。对皎平渡地区弱胶结土分别开... 弱胶结土广泛分布于金沙江两岸,其力学特性对水十分敏感。乌东德水库蓄水后,金沙江下游皎平渡渡口及山洞遗址将处于水下60~90 m处,开展库水对弱胶结土力学特性劣化规律的研究对于该遗址的保护具有重要意义。对皎平渡地区弱胶结土分别开展了干燥、天然、饱和、泡水7 d和泡水14 d状态下的直剪试验、携剪试验和三轴试验,分析了库水对弱胶结土力学特性的影响规律。结果表明,库水对弱胶结土力学特性的影响分为2个阶段:土体饱和前为第一阶段,主要受水的胶结和润滑等物理作用影响,弱胶结土的强度随含水率增大呈先升高后降低的演化规律;完全饱和后为第二阶段,受水的水解和溶解等化学作用影响显著,其力学特性劣化程度随浸水时长增加不断增大。此外,对比不同试验方法所得结果发现,试样制备过程中的扰动对弱胶结土强度测试结果有明显影响,整体上看,携剪试验的测试结果依次高于直剪试验和三轴试验。研究结果可以为皎平渡遗址保护工程等库水作用下的土工结构设计与防护提供依据。 展开更多

关键词 弱胶结碎石土 浸水时长 含水率 强度 遗址保护

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深埋薄煤层沿空巷道煤柱宽度确定及稳定性分析 被引量：2

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作者 王刚 刘志文 +3 位作者 张满国 经来旺 彭绍驰 李树文 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第5期56-60,共5页

为了研究深埋薄煤层地质条件下的沿空巷道煤柱宽度确定方法及其稳定性。以甘肃庆阳核桃峪煤矿2804工作面为背景,采用数值仿真技术确定了2804工作面侧向实体煤的应力分布规律曲线;通过摩尔-库伦强度准则和极限平衡理论确定了煤柱宽度的... 为了研究深埋薄煤层地质条件下的沿空巷道煤柱宽度确定方法及其稳定性。以甘肃庆阳核桃峪煤矿2804工作面为背景,采用数值仿真技术确定了2804工作面侧向实体煤的应力分布规律曲线;通过摩尔-库伦强度准则和极限平衡理论确定了煤柱宽度的上下阈值;分析了巷道宽度为5.6 m、煤柱宽度分别为7、9、15 m状态下的煤柱应力分布规律和稳定性。结果表明:处于深埋薄煤层地质条件的2803回风巷道煤柱宽度上下阈值分别为7.23 m和2.07 m;随着煤柱宽度的增加,煤柱剪应力曲线与抗剪强度曲线相交区域面积逐渐减小,从而造成更大的煤岩破坏面积;进而确定2803回风巷道的煤柱宽度为7 m时能够有效地兼顾护巷能力和经济效益,并能够为后续水治理提供富裕空间。该研究成果同样能够为同类型煤矿煤柱宽度的确定提供设计依据。 展开更多

关键词 应力函数 煤柱宽度 剪切破坏 煤柱稳定性 极限平衡理论

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分级循环加卸载作用下煤岩损伤本构模型研究 被引量：4

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作者 经来旺 李学帅 +3 位作者 严悦 彭绍驰 李树文 经纬 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2022年第1期71-78,共8页

以煤岩为研究对象,通过分级循环加卸载试验研究煤岩损伤力学特性;应用Weibull统计分布函数,并引进损伤变量D,基于煤岩微元体强度符合Mises屈服准则,建立了适用于煤岩加卸载阶段的损伤本构模型;根据试验数据,采取非线性拟合的方法确定各... 以煤岩为研究对象,通过分级循环加卸载试验研究煤岩损伤力学特性;应用Weibull统计分布函数,并引进损伤变量D,基于煤岩微元体强度符合Mises屈服准则,建立了适用于煤岩加卸载阶段的损伤本构模型;根据试验数据,采取非线性拟合的方法确定各循环等级的模型参数值,分析了模型参数的物理意义。研究结果表明:基于Mises屈服准则建立的损伤本构模型能够准确反映煤岩分级循环加卸载下的应力-应变关系;随着加卸载等级的提高,残余应变逐渐积累,弹性模量先增大后减小,滞回环形状表现为"胖"-"瘦"-"胖"的特点;本构模型参数具有明确的物理意义。 展开更多

关键词 循环加卸载 煤岩损伤 Weibull统计分布 Mises屈服准则 损伤本构模型 模型参数

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高水平应力下矩形巷道顶板形状优化 被引量：4

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作者 经来旺 李树文 +3 位作者 彭绍驰 李学帅 严悦 经纬 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第7期42-46,共5页

巷道顶板形状会对围岩的应力分布状态产生重要影响,进而影响围岩稳定性。目前顶板拱形主要采用半圆拱、三心拱,但半圆拱和三心拱在高水平应力的情况下存在顶板变形不均匀、顶板岩体内应力集中等问题,因此在高水平应力的情况下需要对顶... 巷道顶板形状会对围岩的应力分布状态产生重要影响,进而影响围岩稳定性。目前顶板拱形主要采用半圆拱、三心拱,但半圆拱和三心拱在高水平应力的情况下存在顶板变形不均匀、顶板岩体内应力集中等问题,因此在高水平应力的情况下需要对顶板形状进一步优化。根据极限平衡拱理论、等效支护断面原理提出椭圆弧形巷道顶板,采用数值仿真的方法验证椭圆弧形顶板的可行性,发现在高水平应力的情况下,椭圆弧形顶板相对于半圆拱和三心拱不仅让顶板变形、顶板岩体内应力分布更均匀,还能降低巷道两帮的应力,更有助于巷道的稳定。 展开更多

关键词 高水平应力 矩形巷道 顶板形状优化 数值仿真 应力分布 顶板变形

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中间岩层和节理弱面厚度对上行开采的影响 被引量：1

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作者 经来旺 彭绍驰 +2 位作者 李树文 李学帅 经纬 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第2期1-4,共4页

为了探究中间岩层厚度和节理弱面厚度对上行开采的影响,以甘肃平凉某矿为背景,利用块状离散元软件3DEC对中间岩层厚度比值为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5以及节理弱面厚度从0至布满中间岩层的模型进行分析,得到了模型在不同中间岩层厚度比... 为了探究中间岩层厚度和节理弱面厚度对上行开采的影响,以甘肃平凉某矿为背景,利用块状离散元软件3DEC对中间岩层厚度比值为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5以及节理弱面厚度从0至布满中间岩层的模型进行分析,得到了模型在不同中间岩层厚度比值以及不同节理弱面厚度下的塑性区分布图,同时得到了煤层1在不同工况下的下沉量。结果表明:随着中间岩层厚度比值的增加,煤层1在稳定区的下沉量分别减小了18.11%、24.48%、33.06%、42.09%,这意味着更厚的中间岩层有着更小的上部煤层变形和更大的下部煤层开采长度;同时,随着节理弱面厚度的增加,煤层1下部和上部岩层先后经过煤层1下部岩层未完全屈服;煤层1下部岩层屈服,但煤层1上部岩层尚未屈服;煤层1上、下岩层均屈服且发生离层的3个阶段,使得煤层1的下沉量发生2次突变,并先以较缓的趋势线性增加,随后以较快的趋势线性增加,最终演化为非线性变化趋势。 展开更多

关键词 煤层间距 节理弱面 上行开采 采空区模拟 3DEC

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受压圆孔板的闭合裂纹尖端应力强度因子解析解 被引量：3

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作者 彭绍驰 经来旺 +1 位作者 吴迪 经纬 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期159-166,共8页

研究多应力场相互作用下的裂纹尖端应力强度因子是断裂力学中的重要内容,探究压缩荷载下圆孔与裂纹相互作用下的裂纹尖端应力强度因子对受压材料断裂准则与强度的影响至关重要。在含圆孔板单轴压缩初始解的基础上,采用叠加原理推导得出... 研究多应力场相互作用下的裂纹尖端应力强度因子是断裂力学中的重要内容,探究压缩荷载下圆孔与裂纹相互作用下的裂纹尖端应力强度因子对受压材料断裂准则与强度的影响至关重要。在含圆孔板单轴压缩初始解的基础上,采用叠加原理推导得出了单轴压缩圆孔板的裂纹尖端应力强度因子积分方程,采用切比雪夫多项式推导得出了积分方程的近似解;运用有限元方法对同一问题进行分析,并与积分方程的近似解进行对比;分析了圆孔尺寸、裂纹尺寸、裂纹位置以及裂纹面摩擦系数对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明:通过叠加原理得出的裂纹尖端应力强度因子解与有限元方法解基本吻合,证明了基于初始解与叠加原理得出的裂纹尖端应力强度因子积分方程的正确性;更大的裂纹尺寸和圆孔尺寸、与孔边更近的位置以及更小的裂纹面摩擦系数会造成更大的应力强度因子,同时,靠近孔边侧的裂纹应力强度因子波动相较于远离孔边侧更为明显。 展开更多

关键词 压缩圆孔板 闭合裂纹 摩擦接触 应力强度因子 叠加原理 切比雪夫多项式

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基于圆孔应力势函数法的核桃峪矿煤柱宽度确定

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作者 梁戈龙 杨小全 +5 位作者 焦建军 张海成 李秀军 经来旺 彭绍驰 李树文 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第8期52-56,共5页

为了研究不同工作面尺寸以及不同地应力条件下的沿空留巷煤柱宽度确定方法,以甘肃庆阳核桃峪煤矿为背景,使用等效圆孔模型对矩形采空面进行替代,将煤柱简化为遍布水平节理与竖直节理的节理模型,引用弹性力学中应力势函数,结合摩尔-库伦... 为了研究不同工作面尺寸以及不同地应力条件下的沿空留巷煤柱宽度确定方法,以甘肃庆阳核桃峪煤矿为背景,使用等效圆孔模型对矩形采空面进行替代,将煤柱简化为遍布水平节理与竖直节理的节理模型,引用弹性力学中应力势函数,结合摩尔-库伦准则对水平节理的剪切强度以及数值节理的剪切与拉伸强度进行分析;同时探究了不同等效圆孔半径和不同侧压系数下的煤柱抗剪强度曲线。结果表明:水平节理的剪切破坏是造成煤柱失稳破坏的主要原因,竖直节理的拉伸破坏主要集中在煤柱表面;同时,较大的等效圆孔半径会造成更大的影响范围以及更大的煤柱破坏面积;而较大的侧压系数能够提供给煤柱较大的围压,提高煤柱的抗压能力,进而使得煤柱的失稳破坏面积显著减小。该研究可以为煤矿开采工程中的沿空留巷煤柱宽度确定提供一种新的方法。 展开更多

关键词 应力势函数 煤柱宽度 遍布节理 失稳破坏 侧压系数

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硬岩夹层对组合岩石蠕变性能的影响研究及应用

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作者 经来旺 李树文 +1 位作者 彭绍驰 经纬 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2023年第1期91-94,共4页

为了探究硬岩夹层对组合岩石蠕变性能的影响,通过试验与数值仿真相结合的方法,分析了不同夹层数量、厚度以及间距的情况下组合岩石轴向变形的变化规律。结果表明:硬岩夹层的厚度越大、数量越多,组合岩石的蠕变量越小;硬岩夹层可以降低... 为了探究硬岩夹层对组合岩石蠕变性能的影响,通过试验与数值仿真相结合的方法,分析了不同夹层数量、厚度以及间距的情况下组合岩石轴向变形的变化规律。结果表明:硬岩夹层的厚度越大、数量越多,组合岩石的蠕变量越小;硬岩夹层可以降低其影响范围内软岩的形状改变比能,进而提高软岩抵抗蠕变变形的能力,但随着夹层间距的增加,组合岩石抵抗蠕变变形的能力先增大后减小。通过类比研究,为巷道围岩注浆的时机选择提供了一定的依据。 展开更多

关键词 硬岩夹层 软岩蠕变 数值仿真 围岩注浆

原文传递

基于叠梁应力势函数的煤层顶板破坏研究 被引量：2

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作者 经来旺 彭绍驰 +3 位作者 严悦 李树文 李学帅 经纬 《煤炭工程》 北大核心 2022年第6期84-89,共6页

为了研究煤矿开采中煤层顶板的破坏程度及破坏特征,将直接顶与间接顶简化为遍布水平节理与垂直节理的叠梁模型,引入弹性力学中的应力势函数,结合摩尔-库伦强度准则分析煤层顶板的破坏域尺寸及形状;并使用3DEC软件进行进一步验证。结果表... 为了研究煤矿开采中煤层顶板的破坏程度及破坏特征,将直接顶与间接顶简化为遍布水平节理与垂直节理的叠梁模型,引入弹性力学中的应力势函数,结合摩尔-库伦强度准则分析煤层顶板的破坏域尺寸及形状;并使用3DEC软件进行进一步验证。结果表明:煤层顶板的破坏可分为由水平节理造成的离层以及由垂直节理造成的断裂;离层破坏域呈上陡下平的“类双曲线”分布、断裂破坏域呈拱形分布;随着间接顶弹性模量的增大,直接顶的离层宽度、高度明显降低;随着间接顶层高的增加,间接顶的断裂高度占比逐渐降低,离层宽度逐渐提升。这说明:当层高确定时,煤层顶板应力向硬岩转移,造成更大的破坏域面积;当岩性确定时,较大的间接顶层高可以显著降低断裂高度,转而提高离层破坏宽度。可以为煤层顶板破坏领域的工程实际问题提供理论依据。 展开更多

关键词 叠梁模型 叠梁应力势函数 顶板破坏 遍布节理 破坏参数

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循环加卸载下饱和类岩石材料能量演化和损伤特性分析 被引量：2

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作者 经来旺 李学帅 +3 位作者 严悦 彭绍驰 李树文 经纬 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2022年第1期113-119,共7页

为了研究循环荷载作用下饱水岩石的能量演化和损伤特性,利用水泥砂浆材料开展分等级循环加卸载试验和等荷载幅值循环加卸载试验,对比分析饱和类岩石材料在不同循环加卸载方式下的弹塑性应变、弹性模量、能量密度、损伤变量随循环次数的... 为了研究循环荷载作用下饱水岩石的能量演化和损伤特性,利用水泥砂浆材料开展分等级循环加卸载试验和等荷载幅值循环加卸载试验,对比分析饱和类岩石材料在不同循环加卸载方式下的弹塑性应变、弹性模量、能量密度、损伤变量随循环次数的变化规律。结果表明:两种循环加卸载作用下,饱和类岩石材料的初始循环残余塑性应变均较大,分别占总残余塑性应变的61%和76%;分等级循环加卸载作用下,弹性模量随循环等级的升高先增大后逐渐减小,输入能密度和弹性能密度随循环等级的增加不断增大,耗散能密度先减小后逐渐增大,耗能比曲线呈现出"勺"形演化特征;等荷载幅值循环荷载作用下,弹性模量随循环次数先增大后缓慢降低,3种能量密度在损伤稳定发展阶段基本保持定值,材料破坏阶段耗能比迅速增大;基于耗散能定义的损伤变量,分等级循环荷载作用下,随循环等级的增加损伤变量变化曲线呈"上凹"形上升;等荷载幅值循环荷载作用下,损伤变量随循环次数的增加呈线性增长,且累积总应变能是分等级循环加卸载的34.5倍,损伤破坏程度更大。 展开更多

关键词 饱和类岩石材料 循环加卸载 残余塑性应变 能量密度 损伤变量

原文传递

含单裂纹带圆孔板单轴破坏试验及仿真

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作者 经来旺 彭绍驰 +3 位作者 李学帅 李树文 严悦 经纬 《中国矿业》 2022年第7期174-182,共9页

为了研究含不同预制裂纹长度及倾角下的单裂纹带圆孔板单轴应力状态下的裂纹扩展状况,分别制作裂纹倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°,裂纹长度为7.5 mm、12.5 mm、17.5 mm的带直径为15 mm圆... 为了研究含不同预制裂纹长度及倾角下的单裂纹带圆孔板单轴应力状态下的裂纹扩展状况,分别制作裂纹倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°,裂纹长度为7.5 mm、12.5 mm、17.5 mm的带直径为15 mm圆孔的类岩石试件,利用DDL-200型试验机进行单轴压缩试验,并使用颗粒流离散元软件PFC对试件应力状态和裂纹扩展做进一步研究。结果表明:合理的预制裂纹能够提高试件的抗压强度,并且随着裂纹倾角的增加,试件应力集中逐渐从裂纹尖端过渡至孔边,使得新裂纹的萌生和扩展向孔边转移,同时,较大的裂纹长度和较小的裂纹倾角使得试件有更大的受拉区域面积和更加不均匀的应力分布;此外,应力强度因子随着裂纹倾角的增大呈先减小后增大的变化规律,降低阶段和上升阶段所对应的裂纹分别属于闭合型和张开型。该研究成果可为地下工程中的巷道支护和切顶卸压提供一定的参考。 展开更多

关键词 预制裂纹 裂纹扩展 单轴破坏 应力强度因子 PFC

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极松散煤层复合支护技术研究

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作者 经来旺 战昭光 +2 位作者 彭绍驰 张开放 张浩 《安徽理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2021年第4期6-11,共6页

针对巷道所处煤层松软、埋深大、蠕变变形难以控制的问题,以芦岭煤矿为研究背景,在分析芦岭煤矿巷道原支护变形大的基础上,提出“平顶棚+梁锚注+网布”的复合支护技术。运用ABAQUS软件对新支护形式蠕变前后的应力及位移分布情况进行仿... 针对巷道所处煤层松软、埋深大、蠕变变形难以控制的问题,以芦岭煤矿为研究背景,在分析芦岭煤矿巷道原支护变形大的基础上,提出“平顶棚+梁锚注+网布”的复合支护技术。运用ABAQUS软件对新支护形式蠕变前后的应力及位移分布情况进行仿真模拟,给出了巷道顶中、底中和帮部中点的蠕变位移曲线,并与现场监测数据进行了对比分析。结果表明:采用“平顶棚+梁锚注+网布”巷道围岩支护方案,能有效控制围岩的蠕变变形,巷道顶板最大蠕变量仅为4mm,两帮移近量为60mm,底臌蠕变量为174mm,巷道总变形量减小,现场监测结果与数值模拟结果十分吻合且在巷道开挖13d后变形趋于稳定,满足安全生产的要求,为极松散煤层巷道围岩的加固及支护提供借鉴。 展开更多

关键词 蠕变变形 “平顶棚+梁锚注+网布”复合支护 数值模拟 现场监测

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