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高地应力硬岩矿山诱导致裂非爆连续开采初探——以开阳磷矿为例 被引量:53
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作者 李夕兵 姚金蕊 杜坤 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1101-1111,共11页
在阐述深部金属矿硬岩在高地应力作用下储能特征的基础上,分析随着金属矿山开采深度的不断增加,诱导致裂矿岩非爆连续开采方法实现的可能性。实现非爆连续开采硬岩矿山有2个必要条件:一是高效能采掘设备,二是有发育的岩体节理等结构。... 在阐述深部金属矿硬岩在高地应力作用下储能特征的基础上,分析随着金属矿山开采深度的不断增加,诱导致裂矿岩非爆连续开采方法实现的可能性。实现非爆连续开采硬岩矿山有2个必要条件:一是高效能采掘设备,二是有发育的岩体节理等结构。高地应力矿区岩体开挖卸载后,应力重分布会造成岩体强度的弱化,不稳定块体增加及地下水渗流条件改善,为机械开采提供了有利条件。通过对开阳磷矿深部磷矿体进行的地质调查和对深部磷矿体矿开展的高应力硬岩矿山非爆开采试验,进一步论证高应力诱导致裂硬岩的可行性。通过诱导工程和测试诱导巷道的松动圈范围,证明卸荷作用下岩体的节理、裂隙迅速扩展,诱导巷道的松动圈范围超出爆破松动区范围;松动圈内矿体可实现高效率机械化开采,从而实现硬岩矿山的非爆连续开采;比较独头掘进和开挖诱导巷道下多自由面掘进的效果,诱导致裂条件下开采效率得到显著提升,而且还改善了块度分布。 展开更多
关键词 采矿工程 高地应力 硬岩矿山 非爆开采 松动圈
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地下洞室开挖爆破围岩松动圈的数值分析计算 被引量:38
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作者 肖明 张雨霆 +1 位作者 陈俊涛 田华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期2613-2618,共6页
根据数值计算提出了在地下洞室开挖爆破中,确定围岩松动圈的方法。给出了地下洞室开挖爆破的三维弹塑性损伤有限元计算方法。该方法论述了爆破荷载、重力荷载和开挖荷载的计算、施加以及迭代的方法,可以合理反应爆破对围岩稳定的影响和... 根据数值计算提出了在地下洞室开挖爆破中,确定围岩松动圈的方法。给出了地下洞室开挖爆破的三维弹塑性损伤有限元计算方法。该方法论述了爆破荷载、重力荷载和开挖荷载的计算、施加以及迭代的方法,可以合理反应爆破对围岩稳定的影响和锚固支护施加的效果;结合岩石松动圈的实测方法,推导了判定围岩开始松动的损伤系数阈值公式,可以结合数值计算得到的洞周围岩损伤系数分布,确定在开挖爆破作用下围岩松动圈的范围。对实际工程的分析计算表明,根据数值计算判定的围岩松动范围与实测松动范围的规律基本一致,量值吻合较好,其结果为地下洞室开挖爆破的围岩松动圈的确定提供了有效的方法。 展开更多
关键词 开挖爆破 数值分析 损伤系数 围岩松动圈 地下洞室
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爆破循环对围岩松动圈的影响 被引量:37
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作者 肖建清 冯夏庭 林大能 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2248-2255,共8页
基于松动圈的现场测试结果,研究声波波速沿孔深的变化规律以及爆破施工对于松动圈的影响。结果表明,波速沿径向逐渐增大,经历一个波峰后又逐渐降低,最后趋于稳定。每一循环进尺,测区中都存在强化和弱化区域,分布比较复杂,与爆破前松动... 基于松动圈的现场测试结果,研究声波波速沿孔深的变化规律以及爆破施工对于松动圈的影响。结果表明,波速沿径向逐渐增大,经历一个波峰后又逐渐降低,最后趋于稳定。每一循环进尺,测区中都存在强化和弱化区域,分布比较复杂,与爆破前松动圈的大小以及爆破效果密切相关。而爆破循环的累积影响效应表明,弱化带位于裂隙区,其损伤是纵波和横波共同作用的结果;强化带位于应力集中区,主要得益于爆破的震实效应以及碎胀力的挤压。当测孔离掌子面达到一定距离之后,波速虽有小幅的调整但不影响松动圈的形状,应力集中区不会产生偏移,据此得出松动圈测定的原则和时机。沿着隧洞轴线方向,当测点离掌子面一定距离之后,波速趋于稳定,据此给出爆破施工影响范围的确定方法。爆破循环对于围岩松动圈影响范围的确定,可为软岩隧洞的围岩支护以及硬岩隧洞岩爆的防治提供依据。 展开更多
关键词 爆破工程 隧道围岩 松动圈 声波波速
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深埋隧洞TBM开挖损伤区形成与演化过程的数字钻孔摄像观测与分析 被引量:34
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作者 李邵军 冯夏庭 +4 位作者 张春生 李占海 周辉 侯靖 褚卫江 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1106-1112,共7页
以锦屏II级水电站3#引水隧洞为研究对象,通过事先开挖的平行于引水隧洞的2-1#试验支洞,利用数字钻孔摄像技术,对TBM掘进过程中围岩的开挖损伤区进行原位测试。基于对一系列不同时段的360°钻孔全景数字图像的综合分析,给出岩体的结... 以锦屏II级水电站3#引水隧洞为研究对象,通过事先开挖的平行于引水隧洞的2-1#试验支洞,利用数字钻孔摄像技术,对TBM掘进过程中围岩的开挖损伤区进行原位测试。基于对一系列不同时段的360°钻孔全景数字图像的综合分析,给出岩体的结构特性,得到隧洞开挖全过程中围岩裂隙的产生、发展和闭合的演化过程,分析该施工条件下的开挖损伤区范围、裂隙演化与TBM施工的关系,并探讨开挖损伤区的形成和演化机制。研究成果为现场支护设计、支护时机、围岩变形特性和地质资料分析提供直接依据。 展开更多
关键词 隧道工程 深埋隧洞 开挖损伤区 数字全景钻孔摄像机
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锦屏二级水电站深埋隧洞开挖损伤区特征分析 被引量:22
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作者 刘宁 张春生 +1 位作者 褚卫江 吴旭敏 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2235-2241,共7页
在高应力条件下,岩体强度和应力之间的尖锐矛盾将导致围岩出现损伤,损伤是不同应力条件下围岩状态的直接体现。利用声波检测和钻孔电视对锦屏二级深埋引水隧洞的一典型断面进行全断面测试,声波测试结果显示,断面上低波速带断面形态呈不... 在高应力条件下,岩体强度和应力之间的尖锐矛盾将导致围岩出现损伤,损伤是不同应力条件下围岩状态的直接体现。利用声波检测和钻孔电视对锦屏二级深埋引水隧洞的一典型断面进行全断面测试,声波测试结果显示,断面上低波速带断面形态呈不对称状,与断面应力分布也并不完全对应。在每个声波钻孔中补充钻孔电视,对破裂发育深度和围岩内部实际构造特征有了更直观的认识。为对损伤区特性进行更加准确的描述,利用FLAC3D计算在洞周不同位置处关键点的应力路径,对关键点的应力状态进行分析。在UDEC泰森多边形离散的基础上增加对于节理的描述,分析节理对损伤区分布的影响,模拟结果表明,节理的存在改变了隧洞开挖后洞周的应力分布,从而导致围岩破损和破坏区域的差异。最后,借助于颗粒流程序PFC对隧洞开挖后围岩的损伤区进行模拟,所揭示出的损伤局部化特征和损伤区、破裂区分布特征与现场实际具有很好的一致性。 展开更多
关键词 岩石力学 开挖损伤区 应力状态 节理 损伤程度 大理岩
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比利时高放废物处置库设计及与基岩和工程屏障体系的热–水–力性状的相关研究(英文) 被引量:20
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作者 李香绫 Bernier Frédéric Bel Johan 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期681-692,共12页
在比利时,泥岩中地质处置是高放废物最终处置的首选。处置库在高放废物与生物圈之间的多重屏障基础上设计的,而 Boom 泥岩作为基岩的研究已有 20 多年历史。1980 年比利时做出重大决定,建立名为 HADES 的地下研究机构,以研究 Boom 泥岩... 在比利时,泥岩中地质处置是高放废物最终处置的首选。处置库在高放废物与生物圈之间的多重屏障基础上设计的,而 Boom 泥岩作为基岩的研究已有 20 多年历史。1980 年比利时做出重大决定,建立名为 HADES 的地下研究机构,以研究 Boom 泥岩在地下 223 m 处的力学性质,并调查和论证处置的可行性,为处置库屏障(天然和人工)提供可靠数据。在 HADES 的众多现场试验中,很多试验用来对基岩和工程屏障体系(包括封口和回填的可行性)的热–水–力性状进行研究,包括 CACTUS,ATLAS,BACCHUS 和 RESEAL 等项目。自 1995 年以来,研究开发计划向大型和示范性试验方向发展。最主要成果是运用工业技术建立地下研究设施(竖井和井巷)可行性得到了验证,且这种工业技术给研究提供一个较好机会,便于进一步认识基岩泥岩(CLIPEX 方案)的水–力性状及了解隧道开挖工程(SELFRAC 课题)对挖掘破坏区的影响。另一个重大成果是成功地实现对一种称为“OPHELE”的预制膨润土(人工屏障材料)加热和水化地面大型试验。下一步工作内容包括实现大尺寸现场加热器试验(PRACLAY 试验),此试验预计于 2006 年开始,并可持续 10 a 之久。据此,首先简要描述比利时高放废物处置库设计,然后回顾 Boom 泥岩和工程屏障体系的热–水–力性状相关试验,最后介绍下一步大规模 PRACLAY 试验。 展开更多
关键词 高放废弃物贮存设计 地下研究设施 工程屏障体系 热-水-力耦合性态 开挖破坏区 模型试验 大尺寸现场试验
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煤矿软岩巷道掘进爆破振动特性研究 被引量:14
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作者 汪海波 宗琦 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第A02期3876-3881,共6页
通过现场爆破振动、松动圈实测和分析,研究煤矿软岩巷道掘进爆破振动效应及其对巷道松动圈半径的影响。振动测试和小波分析结果表明:爆破振动速度3个方向的分量中水平径向最大、垂直方向最小,因此可将水平径向振动速度作为巷道掘进爆破... 通过现场爆破振动、松动圈实测和分析,研究煤矿软岩巷道掘进爆破振动效应及其对巷道松动圈半径的影响。振动测试和小波分析结果表明:爆破振动速度3个方向的分量中水平径向最大、垂直方向最小,因此可将水平径向振动速度作为巷道掘进爆破振动的安全评判指标;爆破振动主振频率均>100 Hz,爆破能量的80%左右都集中在100~150 Hz频带范围内,且存在2个明显的"子频带"。松动圈测试和分析表明:巷道稳定后的松动圈半径为1.8 m左右,其中爆破振动的影响约占10%。据此调整支护参数,增加锚杆长度,提高支护的安全可靠性。在此研究的基础上,从爆破参数和装药结构等方面提出降低煤矿软岩巷道爆破掘进爆破振动效应的措施。 展开更多
关键词 采矿工程 煤矿 软岩巷道 爆破 振动效应 松动圈 支护
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Laboratory tests and numerical simulations of brittle marble and squeezing schist at Jinping II hydropower station,China 被引量:11
8
作者 Chunsheng Zhang,Weijiang Chu,Ning Liu,Yongsheng Zhu,Jing Hou East China Investigation and Design Institute,China Hydropower Engineering Consulting Group Co.,Hangzhou,310014,China 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE 2011年第1期30-38,共9页
Four 16.7 km-long tunnels with diameters ranging from 12.4 to 14.6 m are now under construction at Jinping II hydropower station along the Yalong River.The tunnels pass through Triassic rocks below Jinping Mountain.Th... Four 16.7 km-long tunnels with diameters ranging from 12.4 to 14.6 m are now under construction at Jinping II hydropower station along the Yalong River.The tunnels pass through Triassic rocks below Jinping Mountain.The tunnels are characterized with high overburden,long alignment and complex geological conditions.Brittle failure in marble and squeezing in schist are the primary problems in tunnelling.This paper introduces the studies of laboratory tests on Jinping II marble as well as numerical prediction of excavation damaged zone (EDZ) of tunnel section in brittle marble and determination of reinforced concrete lining thickness for restraining time-dependent deformation in the schist tunnel section.Laboratory tests indicate that Jinping II marble presents a complex brittle-ductile-plastic transition behavior of post-peak response with increasing confining pressure.Such behavior can be described numerically with the Hoek-Brown model.The EDZ was calibrated and predicted using both fast Lagrangian analysis of continua (FLAC) and particle flow code (PFC).The predicted result of EDZ in sections with different qualities of rock mass under various overburden pressures is quite helpful in understanding EDZ characterization and support design.A power-law creep model was used to support the lining design,especially in determining the lining thickness.Field convergence measurement data over 19 months were used to calibrate the creep model properties,followed by a sensibility analysis of reinforced concrete lining thickness that was launched to present the maximum lining compressive stress. 展开更多
关键词 deep tunnel time-dependent behavior excavation damaged zone (edz) SQUEEZING MARBLE
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Assessing fracturing mechanisms and evolution of excavation damaged zone of tunnels in interlocked rock masses at high stresses using a finitediscrete element approach 被引量:11
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作者 I.Vazaios N.Vlachopoulos M.S.Diederichs 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第4期701-722,共22页
Deep underground excavations within hard rocks can result in damage to the surrounding rock mass mostly due to redistribution of stresses.Especially within rock masses with non-persistent joints,the role of the pre-ex... Deep underground excavations within hard rocks can result in damage to the surrounding rock mass mostly due to redistribution of stresses.Especially within rock masses with non-persistent joints,the role of the pre-existing joints in the damage evolution around the underground opening is of critical importance as they govern the fracturing mechanisms and influence the brittle responses of these hard rock masses under highly anisotropic in situ stresses.In this study,the main focus is the impact of joint network geometry,joint strength and applied field stresses on the rock mass behaviours and the evolution of excavation induced damage due to the loss of confinement as a tunnel face advances.Analysis of such a phenomenon was conducted using the finite-discrete element method (FDEM).The numerical model is initially calibrated in order to match the behaviour of the fracture-free,massive Lac du Bonnet granite during the excavation of the Underground Research Laboratory (URL) Test Tunnel,Canada.The influence of the pre-existing joints on the rock mass response during excavation is investigated by integrating discrete fracture networks (DFNs) of various characteristics into the numerical models under varying in situ stresses.The numerical results obtained highlight the significance of the pre-existing joints on the reduction of in situ rock mass strength and its capacity for extension with both factors controlling the brittle response of the material.Furthermore,the impact of spatial distribution of natural joints on the stability of an underground excavation is discussed,as well as the potentially minor influence of joint strength on the stress induced damage within joint systems of a non-persistent nature under specific conditions.Additionally,the in situ stress-joint network interaction is examined,revealing the complex fracturing mechanisms that may lead to uncontrolled fracture propagation that compromises the overall stability of an underground excavation. 展开更多
关键词 excavation damaged zone (edz) BRITTLE failure Finite-discrete element method (FDEM) TUNNELLING DISCRETE fracture network (DFN)
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基于改进XGBoost算法的深部巷道松动圈智能预测研究
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作者 凡兴禹 王雪林 《黄金科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第1期109-122,共14页
深部巷道爆破开挖后由于爆炸冲击和原位应力动态卸载耦合作用,围岩内不可避免地产生松动圈,进而影响结构的稳定性,因此对松动圈厚度进行超前预测显得非常重要。依托多座地下矿山松动圈测试作为研究对象,共获取300组有效数据样本。采用4... 深部巷道爆破开挖后由于爆炸冲击和原位应力动态卸载耦合作用,围岩内不可避免地产生松动圈,进而影响结构的稳定性,因此对松动圈厚度进行超前预测显得非常重要。依托多座地下矿山松动圈测试作为研究对象,共获取300组有效数据样本。采用4种主流的超参数优化算法,即遗传算法(GA)、灰狼优化算法(GWO)、粒子群优化算法(PSO)和樽海鞘算法(SSA)对XGBoost算法进行优化,并以此构建4种松动圈预测混合模型。采用R2、RMSE、MAE和MAPE指标对预测模型的性能进行对比分析,并开展松动圈厚度参数的敏感性分析。最后,将最优的PSO-XGBoost模型应用于地下矿山运输巷道进行工程验证。结果表明:在群体规模分别为90、70、60和100时,GA-XGBoost、GWO-XGBoost、PSO-XGBoost和SSA-XGBoost模型取得了最佳的预测表现。其中,PSO-XGBoost模型在训练集和测试集中的相关系数分别为0.9244和0.8787,具有最佳的预测性能。相比基准模型(XGBoost、RF、SVM和LightGBM),优化后模型松动圈的预测精度和性能均得到显著提升。巷道当量直径(TD)和围岩地质强度指标(GSI)对松动圈厚度的影响最为显著,垂直主应力也具有明显的影响。优化后的XGBoost模型在实际工程中的应用结果显示实测值与预测值误差在10%以内,PO-XGBoost具有工程应用价值。 展开更多
关键词 松动圈 深部巷道 机器学习 人工智能 地应力 优化XGBoost算法
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TBM隧道围岩损伤区范围及渗透特性研究 被引量:5
11
作者 卢广亮 赵晓豹 +2 位作者 龚秋明 唐伟 李晓昭 《高校地质学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期165-171,共7页
开挖损伤区不仅对一般工程的稳定性具有重要影响,同时其渗透特性变化也是一些特殊工程(如高放废物地质处置工程)关心的重点。该文结合桓集隧道四标段工程,通过在隧道洞壁取样而后进行室内超声波波速和渗透试验测试的方法,研究了TBM开挖... 开挖损伤区不仅对一般工程的稳定性具有重要影响,同时其渗透特性变化也是一些特殊工程(如高放废物地质处置工程)关心的重点。该文结合桓集隧道四标段工程,通过在隧道洞壁取样而后进行室内超声波波速和渗透试验测试的方法,研究了TBM开挖隧道围岩的损伤区范围和渗透特性变化,同时也对样品洞壁端面的粗糙程度进行了量测,结果表明:(1)该隧道围岩强度较高,且工程区地应力属于低—中等水平,围岩损伤主要由TBM开挖造成。(2)隧道围岩的原岩波速在4713~5376 m/s之间,损伤区波速在2943~4856 m/s之间,围岩质量较好处的原岩波速和损伤区波速均大于围岩质量较差处的对应值,而围岩质量较差处的最大波速降比比围岩质量较好处的数值略大;各样品的损伤区范围在11.0~52.0 mm之间,一般围岩质量越好,损伤范围越小。(3)围岩质量较好处的原岩和损伤样品渗透率均小于围岩质量较差处的对应样品值;同一岩芯的损伤样品渗透率大于原岩样品,本次研究的机械开挖损伤使围岩的渗透率提高1.94~3.75倍。(4)研究的隧道表面波谷和峰高范围在-5~4 mm之间,满足SKB对处置孔壁粗糙程度的要求。 展开更多
关键词 TBM 花岗岩 开挖损伤区 超声波波速 渗透率 表面粗糙程度
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基于改进刚体弹簧方法的开挖损伤演化分析 被引量:3
12
作者 姚池 李瑶 +2 位作者 姜清辉 杨建华 周创兵 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1959-1966,共8页
基于改进刚体弹簧方法研究结构面在围岩开挖过程中的响应及围岩损伤区范围。改进刚体弹簧方法基于Voronoi网格,能够显式模拟细观裂隙的起裂、扩展和贯通过程。界面破坏准则结合了Hoek-Brown准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种... 基于改进刚体弹簧方法研究结构面在围岩开挖过程中的响应及围岩损伤区范围。改进刚体弹簧方法基于Voronoi网格,能够显式模拟细观裂隙的起裂、扩展和贯通过程。界面破坏准则结合了Hoek-Brown准则和抗拉强度准则,能同时考虑拉裂和剪切2种破坏模式。计算采用渐变式的网格,对重点关注区域进行网格局部加密,这种方式可以精细考虑开挖面附近的围岩损伤同时提高计算效率。为验证模型的合理性,在弹性条件下对一个简单算例进行计算,计算结果与有限元结果吻合良好。以锦屏二级水电站引水隧洞为例,计算NWW向优势陡倾节理在不同开挖步对围岩损伤区的影响,损伤区分布规律与现场观测结果基本吻合。 展开更多
关键词 岩石力学 裂隙扩展 结构面 开挖损伤区 刚体弹簧方法
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地下洞室围岩EDZ判别方法及标准 被引量:3
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作者 徐光黎 李志鹏 +3 位作者 宋胜武 陈卫东 张世殊 董家兴 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期418-426,共9页
在引入EDZ概念的基础上,推荐采用声波、多点位移计、钻孔电视和声发射4种监测、检测技术方法来确定强、弱EDZ的深度。基于声波测试,通过分析波速-深度曲线特征和计算损伤因子D可以判别围岩EDZ;利用多点位移计和钻孔电视的监测检测成果,... 在引入EDZ概念的基础上,推荐采用声波、多点位移计、钻孔电视和声发射4种监测、检测技术方法来确定强、弱EDZ的深度。基于声波测试,通过分析波速-深度曲线特征和计算损伤因子D可以判别围岩EDZ;利用多点位移计和钻孔电视的监测检测成果,通过计算位移(张开量)-深度曲线和各区段的应变量,可以判别围岩EDZ;通过分析AE事件数及其频率的变化规律亦可以确定围岩EDZ深度。与单一指标的定性划分相比,提出的EDZ综合判别方法和判别标准具有客观、综合的特点,可以定性、定量地综合判别EDZ深度。 展开更多
关键词 开挖损伤区 声波 多点位移计 钻孔电视 声发射
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深部坚硬磷矿体松动区监测与分析 被引量:1
14
作者 姚金蕊 李夕兵 +5 位作者 孙立成 王梅 姚华 王清平 黎文斐 王少锋 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2021年第3期28-31,共4页
在深部硬岩矿山进行非爆破机械化开采时,受高地应力和开挖条件影响产生的矿体松动区范围直接影响到机械刀具的破岩效率。为探究深部坚硬磷矿体松动区分布规律,在贵州磷化马路坪矿开展松动区监测,为非爆破机械化开采提供采矿参数设计依... 在深部硬岩矿山进行非爆破机械化开采时,受高地应力和开挖条件影响产生的矿体松动区范围直接影响到机械刀具的破岩效率。为探究深部坚硬磷矿体松动区分布规律,在贵州磷化马路坪矿开展松动区监测,为非爆破机械化开采提供采矿参数设计依据。监测过程中,采用高清数字钻孔电视拍摄矿体内钻孔壁的视频图像,通过图像分析软件,确定在矿柱上规则分布的18个监测孔内的松动区厚度,并进一步获得松动区范围轮廓。监测结果表明:矿柱平均松动区厚度为2.59m,可以满足非爆破机械化开采的要求;通过人工诱导工程,可以扩大松动区范围,有效提高机械开采的效率;松动区内矿石开采完成一定时间后,在高地应力的作用下会产生一个新的松动区,有利于非爆破机械化开采的连续进行。 展开更多
关键词 非爆破机械化开采 深部矿山 硬磷矿 高地应力 松动区
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Fracture development around deep underground excavations: Insights from FDEM modelling 被引量:24
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作者 Andrea Lisjak Daniel Figi Giovanni Grasselli 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2014年第6期493-505,共13页
Over the past twenty years, there has been a growing interest in the development of numerical modelsthat can realistically capture the progressive failure of rock masses. In particular, the investigation ofdamage deve... Over the past twenty years, there has been a growing interest in the development of numerical modelsthat can realistically capture the progressive failure of rock masses. In particular, the investigation ofdamage development around underground excavations represents a key issue in several rock engineeringapplications, including tunnelling, mining, drilling, hydroelectric power generation, and the deepgeological disposal of nuclear waste. The goal of this paper is to show the effectiveness of a hybrid finitediscreteelement method (FDEM) code to simulate the fracturing mechanisms associated with theexcavation of underground openings in brittle rock formations. A brief review of the current state-of-theartmodelling approaches is initially provided, including the description of selecting continuum- anddiscontinuum-based techniques. Then, the influence of a number of factors, including mechanical and insitu stress anisotropy, as well as excavation geometry, on the simulated damage is analysed for threedifferent geomechanical scenarios. Firstly, the fracture nucleation and growth process under isotropicrock mass conditions is simulated for a circular shaft. Secondly, the influence of mechanical anisotropy onthe development of an excavation damaged zone (EDZ) around a tunnel excavated in a layered rockformation is considered. Finally, the interaction mechanisms between two large caverns of an undergroundhydroelectric power station are investigated, with particular emphasis on the rock mass responsesensitivity to the pillar width and excavation sequence. Overall, the numerical results indicate that FDEMsimulations can provide unique geomechanical insights in cases where an explicit consideration offracture and fragmentation processes is of paramount importance. 2014 Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences. Production and hosting byElsevier B.V. All rights reserved. 展开更多
关键词 Tunnelling Caverns Rock fracturing excavation damaged zone(edz) Hybrid finite-discrete element method(FDEM) Numerical modelling
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Formation mechanism of extension fractures induced by excavation of a gallery in soft sedimentary rock,Horonobe area,Northern Japan
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作者 Tetsuya Tokiwa Kimikazu Tsusaka +2 位作者 Makoto Matsubara Taiki Ishikawa Daisuke Ogawa 《Geoscience Frontiers》 SCIE CAS CSCD 2013年第1期105-111,共7页
This paper focuses on the formation mechanism of fractures induced by excavation of a gallery in soft sedimentary rocks in the Horonobe area of Japan. Detailed fracture mapping of the gallery indicates that the fractu... This paper focuses on the formation mechanism of fractures induced by excavation of a gallery in soft sedimentary rocks in the Horonobe area of Japan. Detailed fracture mapping of the gallery indicates that the fractures consist of both pre-existing shear fractures and excavation damaged zone (EDZ) fractures. EDZ fractures correspond to weak planes associated with bedding planes or transgranular cracks. The EDZ fractures terminate against pre-existing shear fractures. Therefore, even for excavations in soft sedimentary rocks, formation of the EDZ fractures are controlled by pre-existing fractures and earlier weak planes. 展开更多
关键词 Fracture excavation damaged zone edz)Weak plane Soft rock excavation
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Numerical modeling for the coupled thermo-mechanical processes and spalling phenomena in sp Pillar Stability Experiment (APSE) 被引量:11
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作者 T.Koyama M.Chijimatsu +4 位作者 H.Shimizu S.Nakama T.Fujita A.Kobayashi Y.Ohnishi 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2013年第1期58-72,共15页
In this paper, the coupled thermo-mechanical (TM) processes in the AEspoe Pillar Stability Experiment (APSE) carried out by the Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) were simulated using both c... In this paper, the coupled thermo-mechanical (TM) processes in the AEspoe Pillar Stability Experiment (APSE) carried out by the Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) were simulated using both continuum and discontinuum based numerical methods. Two-dimensional (2D) and three- dimensional (3D) finite element method (FEM) and 2D distinct element method (DEM) with particles were used. The main objective for the large scale in situ experiment is to investigate the yielding strength of crystalline rock and the formation of the excavation disturbed/damaged zone (EDZ) during excavation of two boreholes, pressurizing of one of the boreholes and heating. For the DEM simulations, the heat flow algorithm was newly introduced into the original code. The calculated stress, displacement and temperature distributions were compared with the ones obtained from in situ measurements and FEM simulations. A parametric study for initial microcracks was also performed to reproduce the spalling phenomena observed in the APSE. 展开更多
关键词 Coupled thermo-mechanical (TM)processesAspoe Pillar Stability Experiment (APSE)excavation disturbed/damaged zone edz)Finite element method (FEM)Distinct element method (DEM)
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