基于摩尔-库伦准则的岩石材料加(卸)载分区破坏特征 被引量：19

1

作者 张国军 张勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1049-1058,共10页

材料内一点的应力状态可以用摩尔圆来表示,而同一点的不同的应力状态可以用坐标系内应力圆的不断变化来表示,应力圆的变换主要可以分为"平移"、"翻转"、"半径扩大""半径缩小"4种方式,这4种方... 材料内一点的应力状态可以用摩尔圆来表示,而同一点的不同的应力状态可以用坐标系内应力圆的不断变化来表示,应力圆的变换主要可以分为"平移"、"翻转"、"半径扩大""半径缩小"4种方式,这4种方式几乎包含了岩石材料的所有加(卸)载过程;加(卸)载速率可以用来表征不同应力状态间的转化的快慢程度,加(卸)载速率并不是单纯的单位时间的变化快慢,可以是单位空间尺度的变化,如单位长度、单位深度等;基于摩尔-库伦准则对岩石材料"双向受压"、"双向受拉"和"一拉一压"3种状态下的加卸载过程进行了分析,并获得了与之对应的临界破坏方程,在此基础上,通过引入时间加权平均加(卸)载速率,进一步分析了岩石材料破坏与时间加权平均加(卸)载速率之间的关系,并以时间加权平均加(卸)载速率为基础对岩石材料破坏与否进行了分区;采用FLAC3D对7种不同加载路径下常规三轴数值模拟实验,模拟所获得材料发生破坏时最大主应力峰值与理论计算结果吻合度高达98%;同时又进行7种轴向与径向加载速率之比、4种加载速率条件下常规三轴数值模拟试验。结果表明,只有当轴向和径向加载速率之比处于一定范围时,材料才会发生破坏,加载速率与材料破坏时最大主应力峰值正相关,与最大主应力和最小主应力之比负相关。 展开更多

关键词 摩尔圆 摩尔-库伦准则 加(卸)载速率 加(卸)载速率之比 临界破坏 分区破坏

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孤岛煤柱下底板岩体损伤过程与分区破坏特征分析 被引量：11

2

作者 赵洪宝 刘一洪 +1 位作者 李金雨 徐建峰 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期963-974,共12页

以回坡底煤矿为工程背景,分别建立了工作面前方支承压力扰动阶段和采空区压实稳定阶段的底板力学模型.基于相关力学模型,通过理论计算分别得到了支承压力扰动阶段、底板卸压阶段和采空区压实稳定阶段的底板岩体破坏特征.计算结果表明:... 以回坡底煤矿为工程背景,分别建立了工作面前方支承压力扰动阶段和采空区压实稳定阶段的底板力学模型.基于相关力学模型,通过理论计算分别得到了支承压力扰动阶段、底板卸压阶段和采空区压实稳定阶段的底板岩体破坏特征.计算结果表明:在工作面前方支承压力扰动阶段,仅在工作面外侧底板岩体发生了破坏;在底板卸压阶段,工作面底板岩体发生了卸荷破坏,破坏形态呈半弧形,最大卸荷破坏深度约26 m,位于工作面底板中部;在采空区压实稳定阶段,残留煤柱下方岩体的主应力差增大,发生了较为严重的压剪破坏.由理论计算结果得到了采场底板岩体的分区破坏特征,并采用数值模拟手段对采场底板分区破坏特征进行了验证,数值模拟结果与理论计算结果大致相当,基于底板岩体的分区破坏特征对下层煤回采巷道的非对称变形机制进行了初步分析.以卸荷时间间接表征工作面推进速度,推导得出了考虑岩体卸荷应力及工作面推进速度的蠕变本构方程,计算结果表明:适当提高工作面推进速度可提高底板岩体的稳定性和完整性. 展开更多

关键词 底板 卸荷破坏 分区破坏 非对称变形 蠕变本构

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考虑卸荷效应的深埋隧洞围岩分区破坏数值模拟 被引量：11

3

作者 汪洋 曾雄辉 +1 位作者 尹健民 肖国强 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期1233-1239,共7页

基于卸荷岩体力学基本理论,运用三维有限差分软件,提出以塑性体积应变增量变化区间与不同卸荷区域岩体力学参数相对应的卸荷模拟方法,模拟了不同侧压系数条件下开挖洞周附近围岩最大体积应变增量以及围岩损伤范围的变化情况。数值模拟... 基于卸荷岩体力学基本理论,运用三维有限差分软件,提出以塑性体积应变增量变化区间与不同卸荷区域岩体力学参数相对应的卸荷模拟方法,模拟了不同侧压系数条件下开挖洞周附近围岩最大体积应变增量以及围岩损伤范围的变化情况。数值模拟结果表明:当侧压系数较低时,洞周附近围岩的塑性体积应变增量区域的外边界近似为竖向椭圆形,随着侧压系数的增大,其外边界逐渐向圆形变化,最后变为横向椭圆形。侧压系数越大,围岩的卸载效应越显著,洞周附近围岩的塑性体积应变增量就越大,其所产生的围岩损伤范围也相应越大。利用所获得的结果,可以为深埋隧洞的稳定性分析以及支护设计提供依据。 展开更多

关键词 深埋隧洞 卸荷 塑性体积应变增量 分区破坏

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压裂煤岩分区破坏能量耗散机理与应用 被引量：11

4

作者 徐东 邓广哲 +2 位作者 刘华 郑锐 肖乔 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期404-410,418,共8页

针对陕北侏罗纪煤层非典型顶板冲击灾害和硬煤压裂软化等问题,基于断裂力学与损伤力学理论,建立了压裂煤层能量耗散力学模型,研究了压裂煤岩破坏过程中能量演化机理,分析了煤层顶板压裂对大采高工作面煤层分区破坏规律的影响。研究发现... 针对陕北侏罗纪煤层非典型顶板冲击灾害和硬煤压裂软化等问题,基于断裂力学与损伤力学理论,建立了压裂煤层能量耗散力学模型,研究了压裂煤岩破坏过程中能量演化机理,分析了煤层顶板压裂对大采高工作面煤层分区破坏规律的影响。研究发现:压裂裂隙扩展耗散能与水压及煤层损伤程度成正比。煤层压裂能形成压裂裂隙区-塑性软化区-弹性区。煤层中压裂裂隙区、塑性软化区的形成增加了耗散能释放强度,而煤层弹性区是顶板弹性能蓄积的关键区域。进一步分析表明,切割工作面架后顶板弧三角区,可减缓大采高工作面端面顶板破坏释放的能量;有利于优化压裂煤体中压裂裂隙区、塑性软化区和弹性区的能量转化关系。基于水压致裂可增大煤体压裂裂隙区、塑性软化区的耗散能,降低弹性区的可释放弹性能,推导了压裂煤层钻孔间距弹性能判别式。最后,通过典型综采工作面的试验表明:压裂顶板悬顶长度减小11.6 m,煤层压裂弹性能释放6.63×10^(4)J,煤岩软化系数降低24.5%~28.9%,块煤率提高18.4%,煤岩压裂实现了煤层的清洁高效无害化开采。 展开更多

关键词 水力压裂 冲击地压 能量耗散 分区破坏

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大采高工作面煤柱扰动下巷道冲击机理及优化设计 被引量：6

5

作者 许旭辉 何富连 +3 位作者 李晓斌 吕凯 何常西 李亮 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期547-555,564,共10页

以所研究矿井1-2,2-2煤层大采高开采工程地质条件为背景,以遗留煤柱下2-2煤层22306平巷大变形破坏为主线,通过理论分析和数值计算研究大采高工作面煤柱扰动下底板巷道冲击机理。结果表明:煤柱底板应力与煤柱所承受载荷有关,而采高是影... 以所研究矿井1-2,2-2煤层大采高开采工程地质条件为背景,以遗留煤柱下2-2煤层22306平巷大变形破坏为主线,通过理论分析和数值计算研究大采高工作面煤柱扰动下底板巷道冲击机理。结果表明:煤柱底板应力与煤柱所承受载荷有关,而采高是影响煤柱支承压力的主导因素,煤柱支承压力随采高的增大而增大,导致底板固定点的应力升高,对底板的影响范围和程度增加;构建煤柱效应下底板冲击理论模型,并对冲击过程进行分区,得出底板最大影响深度达到46.6 m,对2^(-2)煤层的开采有显著影响;数值计算工作面不同采高条件下煤柱支承压力变化及其对底板的效应,并验证了数值计算与理论计算是相吻合的;综合确定了巷道的合理位置与上层煤柱错动30m布置,得出巷道布置不仅与高、低应力区的分界线有关,还与主应力比值造成的围岩应力环境是否平衡有关。 展开更多

关键词 大采高 煤柱扰动 支承压力 分区破坏 巷道位置 主应力比值

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采动卸荷与岩层倾角对底板损伤的协同影响效应 被引量：3

6

作者 赵洪宝 刘一洪 +1 位作者 李金雨 刘瑞 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1056-1068,共13页

以回坡底煤矿为工程背景,建立了采场底板力学模型并分析岩层倾角对底板破坏特征的影响.计算结果表明:在工作面超前支承压力扰动阶段,底板不容易发生破坏,而在采空区压实稳定阶段,底板发生较大范围的压剪破坏.底板破坏形态随着岩层倾角... 以回坡底煤矿为工程背景,建立了采场底板力学模型并分析岩层倾角对底板破坏特征的影响.计算结果表明:在工作面超前支承压力扰动阶段,底板不容易发生破坏,而在采空区压实稳定阶段,底板发生较大范围的压剪破坏.底板破坏形态随着岩层倾角增加而朝下山方向倾斜,导致下山侧底板破坏程度大于上山侧底板.通过分析岩体卸荷破坏特征发现,主应力卸荷量的增加导致底板产生卸荷张拉损伤的概率增加,而最小主应力卸荷量的增加会减小底板发生卸荷滑移损伤的概率.通过分析底板主应力矢量分布特征得到了底板的卸荷应力路径,随着岩层倾角增加,上山侧底板和下山侧底板的主应力轴逐渐呈非对称分布特征,主应力轴基本平行或呈锐角相交.数值模拟结果表明:底板球应力卸压体范围随岩层倾角增加而增加,并且上山侧底板卸压体范围大于下山侧底板.采空区浅部底板以卸荷张拉破坏为主,深部底板以拉剪复合破坏为主,并且底板破坏区基本位于卸压体内. 展开更多

关键词 岩层倾角 卸荷破坏 分区破坏 卸荷应力路径 应力卸压体

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渗流作用下深部巷道分区破坏的非欧模型 被引量：2

7

作者 张铜宽 潘一山 钱七虎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2842-2851,共10页

深部开采过程中巷道围岩呈现分区破坏的特点。针对煤与瓦斯突出、底板破坏等实际工程问题获得了静水压力渗流作用下深部巷道的非欧模型应力分布解。新应力解由两部分组成:一部分是经典解,另一部分是非欧解。运用Mohr-Coulomb屈服准则作... 深部开采过程中巷道围岩呈现分区破坏的特点。针对煤与瓦斯突出、底板破坏等实际工程问题获得了静水压力渗流作用下深部巷道的非欧模型应力分布解。新应力解由两部分组成:一部分是经典解,另一部分是非欧解。运用Mohr-Coulomb屈服准则作为判断新应力解分布引起分区裂化现象的条件。通过数值计算,获得了下列结论:当渗流压力存在时,深部围岩的分区破坏现象依然存在;远场渗透压力增加减小了靠近巷道的环向应力,且井壁渗透压力对巷道的环向应力的影响较小;在远场渗透压力作用下,孔隙度的增加降低了巷道的环向应力;运用Mohr-Coulomb屈服准则,估算了破坏区的位置和宽度;利用建立的有渗流作用的非欧模型解释了煤炭开采过程中的分区破坏现象。研究结果可为理解渗流作用下深部围岩分区破坏提供参考。 展开更多

关键词 非欧模型 分区破坏 渗流作用 深部巷道

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基于受压区分区破坏机制的有腹筋RC梁受剪承载力公式 被引量：1

8

作者 郑开启 刘钊 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期79-86,110,共9页

由于钢筋混凝土(RC)梁传力机理的复杂性和剪切破坏模式的多样性,现有受剪承载力公式的计算精度随受剪参数的变化呈现出明显的波动性,限制了其适用范围。以混凝土受压区的分区破坏机制为基础,从防止纵向钢筋提前屈服的角度建议受压区高... 由于钢筋混凝土(RC)梁传力机理的复杂性和剪切破坏模式的多样性,现有受剪承载力公式的计算精度随受剪参数的变化呈现出明显的波动性,限制了其适用范围。以混凝土受压区的分区破坏机制为基础,从防止纵向钢筋提前屈服的角度建议受压区高度的修正公式,由此得到同时兼容低强和高强混凝土梁的混凝土剪切贡献表达式。通过斜裂缝倾角的转动规律分析混凝土与箍筋协同工作机制发挥的不同阶段,并据此建议箍筋项的剪切贡献计算原则。建立基于受压区分区的有腹筋RC梁受剪承载力公式。该公式以分项的形式直接体现剪压区、斜拉区和箍筋三部分的剪切贡献,能够反映混凝土强度、配箍率、纵筋率、剪跨比以及尺寸效应等主要受剪参数的影响规律。最后,基于剪切试验数据库对所提公式和当前主流公式进行验证,并对各公式的预测精度和参数敏感性进行对比评价。研究结果表明:所提出的受压区分区破坏机制能够较好地反映剪切破坏模式随剪跨比变化的演变规律;建议的受剪承载力公式具有较高的精确性和稳定性,对受剪参数的大范围变化不敏感,且对高强、大尺寸试件具有更好的适用性。 展开更多

关键词 桥梁工程 钢筋混凝土梁 受剪模型 分区破坏 受剪承载力 受压区

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高垂直应力状态下巷道围岩分区破坏特征试验研究 被引量：13

9

作者 洛锋 杨本生 +3 位作者 孙利辉 杨万斌 崔景昆 张利 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2012年第4期497-504,共8页

通过自行研制的CM60/10平面应变试验台配合三轴伺服试验机,发挥伺服稳压性能,采用相似材料模拟配合数值模拟验证的手段,分析了高地应力λ<1状态下无支护巷道围岩破坏过程及特征。试验结果表明:1)破坏首先发育在巷道两帮中线,局部破... 通过自行研制的CM60/10平面应变试验台配合三轴伺服试验机,发挥伺服稳压性能,采用相似材料模拟配合数值模拟验证的手段,分析了高地应力λ<1状态下无支护巷道围岩破坏过程及特征。试验结果表明:1)破坏首先发育在巷道两帮中线,局部破坏产生后,逐渐形成一对"楔形"破坏区域。在应力卸压区内,围岩呈分区破裂形式。深部滑移线由"楔形"破坏区域尖端点处开始延伸,基本符合对数螺线形式;2)巷道破坏过程中,依次出现"楔形破裂带","二次破裂带""贯通失稳带"3个过程分区。研究指出此类地应力下不同变形时期内,除控制顶底板初始变形外,围岩裂隙控制的重点应依次在巷道两帮、肩部和底角、顶板;3)通过对λ<1状态下围岩破坏的数值模拟发现:两帮围岩垂直应力呈"波浪状"分布,塑性破坏区呈"分区演化",垂直位移呈"锯齿状"分布,与物理试验基本吻合。 展开更多

关键词 高应力 λ<1状态 分区破坏特征 试验研究

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走滑断层黏滑作用下隧道纵向及横断面分区破坏机理 被引量：1

10

作者 杨恒洪 王明年 +3 位作者 罗勋 于丽 张霄 唐浪洲 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期250-271,共22页

黏滑作用下走滑断层将出现永久性的错动位移,当隧道与此类断层相交时将发生严重破坏,并且具有明显的分区特征。为了揭示隧道纵向和横断面的分区破坏机理,为穿越活动断裂带隧道抗震设计提供支撑,本文首先通过震害实例调研总结得到隧道的... 黏滑作用下走滑断层将出现永久性的错动位移,当隧道与此类断层相交时将发生严重破坏,并且具有明显的分区特征。为了揭示隧道纵向和横断面的分区破坏机理,为穿越活动断裂带隧道抗震设计提供支撑,本文首先通过震害实例调研总结得到隧道的三种破坏模式,即环向裂缝、斜向裂缝和纵向裂缝。给出并讨论了断层类型、交角、错动量和隧道刚度等关键影响因素。结果表明:1)断层类型是影响隧道力学响应和安全性的最显著因素,而倾角影响很小;2)受左旋走滑断层黏滑作用的隧道沿纵向可分为弯曲-压缩-剪切(L-BCS)区和弯曲-压缩(L-BC)区,而受右旋走滑断层黏滑作用的隧道可分为弯曲-拉伸-剪切(L-BTS)区和弯曲-拉伸(L-BT)区;3)L-BCS区和L-BTS区的范围为1.4D~1.7D(D为隧道直径),而L-BC区和L-BT区范围随关键影响因素变化而变化;4)隧道横断面可分为偏心受压(C-EC)区和偏心受拉(C-ET)区,分别发生偏心受压破坏或偏心受拉破坏。C-EC区和C-ET区的范围约为距断层面5D;5)穿越左旋走滑断层隧道的C-EC区包括上盘左拱腰、下盘右拱腰、拱顶和仰拱,C-ET区包括下盘左拱腰和上盘右拱腰。穿越右旋走滑断层隧道的横断面分区分布与左旋对称。 展开更多

关键词 走滑断层 黏滑 隧道工程 分区破坏机理 力学响应

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深井巷道围岩分区破坏的钻孔窥视分析

11

作者 王海军 《中国新技术新产品》 2014年第6期71-71,共1页

针对深部巷道围岩的分区破坏,进行了钻锚索孔窥视,对巷道不同部位的围岩分区破坏规律进行了系统研究,测试结果为评判现有支护及加强后续支护提供了依据。

关键词 深井 分区破坏 钻孔窥视

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深部大变形回采巷道围岩拉压分区变形破坏的模拟研究 被引量：21

12

作者 陈登红 华心祝 +1 位作者 段亚伟 成世兴 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2654-2662,共9页

为研究深部回采巷道围岩大变形破坏规律,在地质力学评估及矿压显现特征实测的基础上,采用真三轴相似模拟方法,模拟了不同加载梯度下巷道围岩应变特征。结果显示,在浅埋静水压力条件下,巷道围岩呈现"浅部拉应变、深部零应变"... 为研究深部回采巷道围岩大变形破坏规律,在地质力学评估及矿压显现特征实测的基础上,采用真三轴相似模拟方法,模拟了不同加载梯度下巷道围岩应变特征。结果显示,在浅埋静水压力条件下,巷道围岩呈现"浅部拉应变、深部零应变"的特征;深埋静水压力及初掘采动应力下巷道围岩出现"径向应变拉压交替分布"现象;当采动应力集中系数大于2时,深埋巷道围岩应变进入非线性大应变状态。采用FLAC3D的应变软化模型与摩尔-库仑模型,对比研究了深部回采巷道围岩位移、塑性区分布规律。结果表明,应变软化条件下,巷道围岩产生拉、压分区破坏且软化后的围岩位移与实测结果更吻合。综合研究结果,揭示了深部回采巷道围岩拉、压分区的产生机制,初步提出了注浆、喷层等措施,防止过度应变软化引起深部回采巷道围岩大变形,为类似巷道稳定性控制提供了一定的参考。 展开更多

关键词 深部回采巷道 拉压分区变形破坏 相似模拟 数值模拟 稳定性控制

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