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深部开采中的强扰动特性探讨 被引量:27
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作者 彭瑞东 薛东杰 +1 位作者 孙华飞 周宏伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1359-1368,共10页
深部岩体具有高地应力、高地温、高渗压的独特赋存环境,其采动影响远较浅部复杂。通过将深部岩体的赋存环境和深部开采的扰动特征两方面相结合,系统分析了深部岩体开采中的强扰动特性。首先对扰动激励的动静组合特点进行了分析。根据深... 深部岩体具有高地应力、高地温、高渗压的独特赋存环境,其采动影响远较浅部复杂。通过将深部岩体的赋存环境和深部开采的扰动特征两方面相结合,系统分析了深部岩体开采中的强扰动特性。首先对扰动激励的动静组合特点进行了分析。根据深部开采中的应力变化路径,给出了不同深度类型下原岩应力状态以及扰动应力状态的分布区域,揭示了深部开采中应力变化更加复杂的必然性,并初步给出了考虑赋存深度、开采工艺、岩体重度、残余应力以及采动速度影响的岩体卸荷速率计算公式。根据深部开采中的动力扰动类型和波动传播规律,分析指出了深部岩体中的流体压力传播特征,揭示了深部动力扰动时间延长和扰动范围扩大的特点。然后基于扰动状态概念(DSC)对扰动影响水平进行了分析。通过对深部岩体能量蓄积、能量耗散以及释放规律的分析,定义了基于能量特征的扰动函数,可以籍此构建基于DSC的深部岩体统一本构模型,并定量描述深部岩体扰动的大小。最后定性描述了深部岩体开采中开挖扰动区的分布特点以及相应的应力应变状态,将其划分为原岩弹性区、开挖损伤区(EDZ)以及开挖破碎区,其中开挖损伤区又可分为峰前损伤区、塑性流变区、外部损伤区。并初步给出了开挖损伤区大小的计算公式,讨论了各项参数的意义及影响因素。研究表明,深部岩体的高应力状态以及复杂的多场多相耦合环境使其在更大范围内受到扰动的影响,EDZ的范围将显著增大,并表现出复杂的时空演化特征。利用扰动状态概念(DSC)建立的扰动函数,以及基于能量分析建立的开挖损伤区(EDZ)大小计算公式,可以定量刻画深部扰动的程度,分别反映了深部扰动激励增大和扰动影响增大的特点。 展开更多
关键词 岩石 深部开采 扰动 能量 损伤 开挖扰动区
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高应力软岩近距离巷道工程的掘进扰动与稳定性 被引量:25
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作者 余伟健 杜少华 +1 位作者 王卫军 朱永建 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期57-64,共8页
针对高应力近距离巷道工程的开挖掘进及稳定性问题,进行了理论分析、数值计算及现场监测等一系列研究。首先,在某矿山深部巷道工程的地质与施工条件基础上,采用理论方法分析了掘进爆破扰动应力传播规律及其对邻近巷道或硐室围岩稳定... 针对高应力近距离巷道工程的开挖掘进及稳定性问题,进行了理论分析、数值计算及现场监测等一系列研究。首先,在某矿山深部巷道工程的地质与施工条件基础上,采用理论方法分析了掘进爆破扰动应力传播规律及其对邻近巷道或硐室围岩稳定性的影响,并给出了扰动波在岩体中的衰减方程。然后,根据相关理论,采用FLAC软件进行了一次爆破掘进长度和开挖工序等掘进方案的数值分析,结果表明:在动荷载(爆破掘进)作用下,由施工巷道开挖时所产生的变形会直接影响到邻近硐室或巷道周边岩体,应力释放区域较大;当一次爆破掘进长度较小时,由于整段巷道的扰动次数较多而会引起变形增大,但初始速度较小,则反之。最后,采用监测的方式,对施工巷道进行了开挖扰动分析,结果表明:相距为20m左右的两条巷道,开挖爆破扰动程度较大区域在后掘巷道掘进工作面的前后10-20m范围之内,而对本条巷道扰动程度较大范围一般距掘进工作面25m左右;并按照扰动程度大小可分为破坏区、影响程度较大区和影响程度较小区,破坏区和影响区一般位于掘进面30m以内。 展开更多
关键词 高应力 软岩 巷道掘进 爆破扰动 稳定性
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爆炸与冲击中的非线性岩石力学问题(Ⅱ):冲击扰动诱发岩块滑移的物理模拟试验 被引量:23
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作者 李杰 蒋海明 +2 位作者 王明洋 邓树新 李新平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期291-301,共11页
深部岩体为具有块状层次结构的含能地质体,在冲击扰动通过块系岩体向前传播的振动过程中,极易诱发原先处于平衡状态的岩体的内应力释放,产生不可逆变形、岩爆、工程地震等工程灾害。利用自行研制的块系岩体动态力学性能测试试验系统,进... 深部岩体为具有块状层次结构的含能地质体,在冲击扰动通过块系岩体向前传播的振动过程中,极易诱发原先处于平衡状态的岩体的内应力释放,产生不可逆变形、岩爆、工程地震等工程灾害。利用自行研制的块系岩体动态力学性能测试试验系统,进行不同初应力条件下冲击扰动诱发岩块滑移的物理模拟试验,获得冲击扰动诱发岩块不可逆位移、动力滑移失稳的关键力学机制、规律及充分必要条件。通过深入研究冲击扰动下初应力岩体运动的能量转化机制,推导得到了支配岩块运动规律的特征能量因子,给出了与不同规模的岩体破坏(不可逆位移、动力滑移失稳)相适应的特征能量因子阈值和判别准则。研究表明,基于特征能量因子的判别准则能较好的表征冲击扰动诱发岩块间不可逆位移和动力失稳的特征科学现象。 展开更多
关键词 岩石力学 块系岩体 动力扰动 滑移失稳 不可逆位移
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深部开采砌体梁失稳扰动底板破坏力学行为及分区特征 被引量:23
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作者 李春元 张勇 +2 位作者 左建平 唐世界 刘世峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1508-1520,共13页
深部开采的强扰动附加属性导致底板煤岩破坏加剧,易沟通底板承压水导升带而诱发突水灾害,故研究砌体梁失稳扰动底板破坏的力学行为可为实现矿山岩层控制提供重要的理论基础。根据弹塑性力学理论分析了深部开采砌体梁失稳扰动底板破坏的... 深部开采的强扰动附加属性导致底板煤岩破坏加剧,易沟通底板承压水导升带而诱发突水灾害,故研究砌体梁失稳扰动底板破坏的力学行为可为实现矿山岩层控制提供重要的理论基础。根据弹塑性力学理论分析了深部开采砌体梁失稳扰动底板破坏的动载源特征,基于压力拱及损伤力学理论研究了砌体梁失稳扰动底板压剪破坏和卸荷破坏的力学行为,应用离散元软件计算分析了不同采深下砌体梁失稳扰动底板的应力变化及变形破坏行为,结合采动力学全过程应力-应变曲线获得了深部开采底板强扰动破坏的分区特征,并应用深部开采微震监测数据进行了验证。结果表明:砌体梁失稳后,梁端煤壁端部及触矸区域底板应力增高并形成了塑性屈服区和触矸破坏区,两者之间则形成了压力拱形式的卸荷破坏区;随采深增加,底板塑性屈服区和触矸破坏区的压应力增量及卸荷破坏区的卸荷反弹力不断增大,并使得底板岩体最大变形量在采深700m以浅时近似线性增加,而采深700m以深的深部开采却表现为非线性突变增长;深部开采高围压造成底板压应力峰值及卸荷反弹力非线性增加,促使了扰动岩体由浅部脆性向深部延性的转变,并导致其强扰动破坏的分区范围扩大,变形破坏深度增加,深部开采底板的非线性强扰动破坏行为在底板浅部最突出。 展开更多
关键词 底板岩体 破坏行为 砌体梁失稳 强扰动 深部开采
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爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动机制 被引量:11
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作者 陈明 卢文波 +2 位作者 严鹏 胡英国 周创兵 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期1555-1560,共6页
岩体裂纹的水力劈裂是岩体开裂渗漏甚至施工涌水的重要影响因素之一,也是岩土工程界的研究热点。从断裂力学角度分析了爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动作用,结果表明,爆破开挖扰动下,岩体含水裂纹的扩展,与爆炸应力波强度及其入射角... 岩体裂纹的水力劈裂是岩体开裂渗漏甚至施工涌水的重要影响因素之一,也是岩土工程界的研究热点。从断裂力学角度分析了爆破开挖对岩体含水裂纹扩展的扰动作用,结果表明,爆破开挖扰动下,岩体含水裂纹的扩展,与爆炸应力波强度及其入射角、地应力的大小与方向、孔隙水压大小、裂纹的倾角及断裂韧度等因素相关;爆炸应力波的作用,相当于增大了岩体裂纹中的孔隙水压力,每1 cm/s的峰值振动速度相当于增大100 kPa的孔隙水压力,爆破振动速度越大,所产生的爆破扰动荷载越大;岩体开挖引起的岩体裂纹近区地应力及其孔隙水压力的变化,对裂纹的失稳与扩展具有较复杂的影响,可改变裂纹的失稳扩展模式。 展开更多
关键词 爆破开挖 岩体 裂纹扩展 扰动
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利用Mathews合成图与动静荷载数值模拟评价倾斜矿体采场稳定性 被引量:10
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作者 张宗国 史秀志 邱贤阳 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1504-1514,共11页
倾斜矿体采场在开采后会暴露出较大的顶板及上盘,稳定性状况非常复杂,为了研究其稳定性及稳定的概率,本文通过Mathews合成图、考虑静荷载和爆破动荷载的FLAC3D数值模拟两种方式展开了研究。以某铅锌矿四个倾斜矿体采场为研究对象,采用RM... 倾斜矿体采场在开采后会暴露出较大的顶板及上盘,稳定性状况非常复杂,为了研究其稳定性及稳定的概率,本文通过Mathews合成图、考虑静荷载和爆破动荷载的FLAC3D数值模拟两种方式展开了研究。以某铅锌矿四个倾斜矿体采场为研究对象,采用RMR及Q′值法进行了岩体分级,使用重新绘制的考虑稳定等概率线的Mathews合成图和拟合的稳定等概率线公式,得到了四个采场顶板及上盘的稳定性状况和稳定概率;采用FLAC3D中加入爆破荷载的方式研究了采场在静力和动力下的稳定性。结果表明:由于考虑了暴露时间对采场稳定性的影响,发现暴露时间对岩性较差的采场影响尤其显著;Mathews稳定图法与数值模拟法相互验证,可较全面地分析倾斜矿体采场的稳定性。 展开更多
关键词 岩体分级 Mathews稳定图 数值模拟 动态扰动 稳定概率
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深埋高地应力水工隧洞节理岩体开挖塑性区特征及分布规律研究 被引量:9
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作者 惠强 张军 姜海波 《现代隧道技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期86-94,共9页
深埋高地应力水工隧洞处于复杂的地质力学环境中,开挖过程中围岩塑性区的分布及演化规律是隧洞稳定控制的关键。为了揭示高地应力水工隧洞开挖塑性区特征及分布规律,文章采用理论分析与数值模拟相结合的方法,推导了塑性区范围的计算公式... 深埋高地应力水工隧洞处于复杂的地质力学环境中,开挖过程中围岩塑性区的分布及演化规律是隧洞稳定控制的关键。为了揭示高地应力水工隧洞开挖塑性区特征及分布规律,文章采用理论分析与数值模拟相结合的方法,推导了塑性区范围的计算公式,并引入新的无量纲参数作为非圆形隧洞围岩塑性区的评价指标,分析了节理岩体在高地应力条件下,侧压力系数以及开挖扰动对围岩塑性区的影响。研究结果表明,开挖扰动对于岩体开挖塑性区发展的轴向影响范围大约为1.0~1.5倍洞径,对于存在节理面的岩体,该影响范围可达到2倍洞径。侧压力系数直接影响围岩的塑性区形状,围岩塑性区有顺着节理面进行不规则扩展的趋势;水平应力与垂直应力差异性越大,节理面对围岩塑性区范围的影响越大,同时节理面有阻止塑性区沿垂直节理面方向扩展的作用。 展开更多
关键词 深部隧洞 塑性区分布 数值模拟 节理岩体 开挖扰动 高地应力
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Mechanical response of roof rock mass unloading during continuous mining process in underground mine 被引量:9
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作者 胡建华 雷涛 +2 位作者 周科平 罗先伟 杨念哥 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第12期2727-2733,共7页
Taking the test stopes during continuous mining induced roof caving of Tongkeng ore-body No.92 as example, the calculation flow of unloading analysis was established. According to the unloading region division method ... Taking the test stopes during continuous mining induced roof caving of Tongkeng ore-body No.92 as example, the calculation flow of unloading analysis was established. According to the unloading region division method of the affected zone theory, and the deterioration laws of mechanics parameters of unloading rock mass, the continuous mining process in underground mine was analyzed by the software MIDAS/GTS, the mechanical response of roof rock mass unloading was studied, and the differences were analyzed with the conventional simulation. The result shows that the maximum tensile stress, subsidence displacement and equivalent plastic strain of roof rock mass are 1.5 MPa, 20 cm and 1.5% in the unloading analysis, while 1.0 MPa, 13 cm and 0.9% in the conventional analysis. The values of unloading analysis, which are also closer to the actual situation, are greater than those of conventional analysis; the maximum step in continuous mining is 48 m, which shows that the induced treatment of the roof should be carried out after 2 mining steps 展开更多
关键词 continuous mining mining-unload rock mass mechanics mining-unload disturbance region dynamic mechanical parameters
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焦家金矿破碎岩体变形破坏规律研究
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作者 刘军晓 《黄金》 CAS 2024年第7期22-25,共4页
焦家金矿-570~630 m中段矿(岩)体节理裂隙发育,易出现楔形不稳定结构,进而发生岩体冒落。对岩体进行了地质钻孔、结构面条件调查等得出,焦家金矿岩体较为破碎,节理发育,节理产状分布范围广。对开采扰动下巷道收敛变形规律进行研究与总结... 焦家金矿-570~630 m中段矿(岩)体节理裂隙发育,易出现楔形不稳定结构,进而发生岩体冒落。对岩体进行了地质钻孔、结构面条件调查等得出,焦家金矿岩体较为破碎,节理发育,节理产状分布范围广。对开采扰动下巷道收敛变形规律进行研究与总结,并通过雷达测试分析焦家金矿巷道破坏深度,损伤深度基本保持在2 m,存在较多的结构弱面,需及时采取加固措施。此研究对该处矿体的支护等做出合理规划,进一步指导采场结构参数的合理选取,以确保该矿段的安全生产。对类似矿山破碎矿体的治理条件有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 岩体变形破坏分析 岩体性质 开采扰动 破碎矿体 结构面 雷达测试 采场结构参数
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岩体扰动对岩石边坡稳定性影响
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作者 沈宁 宗亮 +1 位作者 李萌 谢东武 《粉煤灰综合利用》 CAS 2024年第4期40-46,58,共8页
在岩石边坡工程中,岩体内部应力的释放可能诱发断裂和扰动,尤其是在爆破作业期间,这种扰动效应尤为突出。考虑到岩体扰动的影响,采用Hoek-Brown破坏准则,通过有限元和极限解析法,系统评估了扰动因子和边坡坡度对边坡潜在滑动面及其稳定... 在岩石边坡工程中,岩体内部应力的释放可能诱发断裂和扰动,尤其是在爆破作业期间,这种扰动效应尤为突出。考虑到岩体扰动的影响,采用Hoek-Brown破坏准则,通过有限元和极限解析法,系统评估了扰动因子和边坡坡度对边坡潜在滑动面及其稳定性的影响。结果表明:扰动因子和边坡角度显著影响岩石边坡的稳定性,特别是在岩质较差的边坡中,这一影响更加显著;扰动水平可能被视为常数或沿边坡呈线性变化,若在稳定性评估中忽视岩体扰动的影响,可能导致稳定系数的估值偏大;不同扰动因素情况下切岩边坡的上限塑性区域,均质边坡的破坏面(D=常数)更浅;破坏面的顶部从坡顶向斜面靠近,但破坏模式仍为边坡趾部破坏;仅降低边坡角度并不能确保边坡的稳定性,在岩体边坡稳定性评价中,必须全面考虑扰动因子的作用。 展开更多
关键词 Hoek-Brown破坏准则 切岩边坡 稳定性系数 岩体扰动
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Disturbance response instability theory of rock bursts in coal mines and its application 被引量:2
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作者 Yishan Pan Aiwen Wang 《Geohazard Mechanics》 2023年第1期1-17,共17页
Aiming at the rock burst prevention in coal mines,this study argue that a rock burst is the instability of the coal mass deformation system with the infinite deformation response subjected to a small disturbance,and t... Aiming at the rock burst prevention in coal mines,this study argue that a rock burst is the instability of the coal mass deformation system with the infinite deformation response subjected to a small disturbance,and the concepts of control,disturbance and response variables of the coal mass deformation system are proposed.The analytical solution of rock bursts of circular roadways is derived,using a mechanical model of the coal mass deformation system of circular roadways,and the stress and energy conditions of the disturbance response instability of a rock burst are also presented.Based on the disturbance response instability theory,this study identifies the factors controlling the occurrence of rock bursts,involving the coal uniaxial compressive strength,coal bursting liability and roadway support stress.The relationship between the critical stress and the critical resistance zone of surrounding rock in roadways,the coal uniaxial compressive strength,roadway support stress,roadway geometric parameters and coal burst liability is revealed,and the critical stress index evaluation method of rock burst risk is proposed.Considering the disturbance and response variables of rockburst occurrence,a monitoring system of rock burst based on stress and energy monitoring is established.Considering managing the disturbance and control variables,regional and local prevention measures of rock burst are proposed from four aspects:destressing in coal mass,avoiding the mutual disturbance between multi-group mining or excavation,reducing the dynamic load disturbance and weakening of the physical properties of the coal mass.Based on the enhancement principle of the roadway support stress on the critical load of rockburst occurrence and the energy absorption effect of the support,an energy absorption and anti-bursting support technology for roadways are proposed.The disturbance response instability theory of rock bursts has formed a technical system from the aspects of mechanism,prediction and prevention to guide the engineering pr 展开更多
关键词 Coal mine rock burst Coal mass deformation system Control variables disturbance variables Response variables Coal mass stress Stability theory Circular roadway
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急倾斜煤层开采速度对煤岩体的扰动规律分析
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作者 刘旭东 李长录 张随林 《陕西煤炭》 2024年第8期1-7,24,共8页
急倾斜煤层由于其赋存环境复杂,煤岩体所受推进速度的扰动效应明显。为掌握不同推进速度下煤岩体应力、能量演化规律,构建急倾斜煤层开采的数值模型,统计分析不同推进速度下微震能量-频次、产量、回采率等特征,并基于推进速度与卸压力... 急倾斜煤层由于其赋存环境复杂,煤岩体所受推进速度的扰动效应明显。为掌握不同推进速度下煤岩体应力、能量演化规律,构建急倾斜煤层开采的数值模型,统计分析不同推进速度下微震能量-频次、产量、回采率等特征,并基于推进速度与卸压力度耦合作用关系确定合理的推进速度。数值模拟结果表明,随着煤层开采后岩柱发生弯曲撬动,在靠近B1+2煤层顶板处形成高应力集中及高能量积聚区域,随着推进速度增大,岩柱内高应力集中及高能量积聚程度均升高,岩柱弯曲撬动效应愈明显。微震监测结果表明,随着推进速度增大,微震事件频次、能量增大,煤岩体受扰动程度增强,产量增大但回采率降低,煤炭损失增大。基于推进速度与卸压力度的耦合分析,提出单日产量/单日炸药使用量K值,得出推进速度为3.2 m/d时,K值最大,降低和提高推进速度K值均减小,即在保证卸压安全的情况下,可以适当提高推进速度。研究结果可以为急倾斜煤层推进速度的确定提供一定的参考。 展开更多
关键词 急倾斜煤层 推进速度 煤岩体 开采扰动 卸压调控
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多频次爆破扰动对倾倒式危岩体稳定性影响分析
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作者 张兴秋 邓正定 舒佳军 《有色金属科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第4期561-569,共9页
危岩体主控结构面岩桥段岩石有效发挥其抗拉或抗剪性能是维系倾倒式危岩体稳定的关键,而岩桥段岩石力学性能常因工程爆破扰动而劣化,导致危岩体稳定性持续降低。首先,基于极限平衡理论考虑衰减后的爆炸应力波对危岩体稳定性影响,构建倾... 危岩体主控结构面岩桥段岩石有效发挥其抗拉或抗剪性能是维系倾倒式危岩体稳定的关键,而岩桥段岩石力学性能常因工程爆破扰动而劣化,导致危岩体稳定性持续降低。首先,基于极限平衡理论考虑衰减后的爆炸应力波对危岩体稳定性影响,构建倾倒式危岩体稳定性评价方法;其次,通过Lemaitre等效原理得到爆破荷载作用下岩桥段岩石细观累积损伤变量,根据岩石有效抗拉面积弱化得到抗拉强度劣化方程并通过试验结果进行验证;最后,根据抗拉强度劣化方程对危岩体稳定性评价方法进行修正,依托工程算例分析相关敏感参数对危岩体稳定性的影响。研究结果表明:频繁的爆破扰动会使主控面的力学性能劣化,危岩体随爆破强度的增大、爆炸应力波传播距离的减小,岩桥段岩石力学性能劣化加剧,其自身的稳定性系数衰减趋势增大且爆炸产生对危岩体的倾倒荷载相较于岩体力学性能劣化更为敏感。 展开更多
关键词 危岩体 爆破扰动 极限平衡 累积损伤 抗拉强度
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巷道开挖应力旋转路径下弱胶结软岩剪应力–应变及非共轴特性研究
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作者 刘家顺 朱开新 +3 位作者 左建平 王来贵 生彦涛 孙铠洋 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期934-950,共17页
为探究巷道开挖引起的主应力旋转路径演化规律及其诱发的岩体变形问题,以弱胶结软岩巷道为工程背景,建立弱胶结软岩巷道开挖扰动数值计算模型,研究巷道开挖诱发的围岩主应力大小和方向演化规律,确定开挖扰动旋转应力路径试验加载状态参... 为探究巷道开挖引起的主应力旋转路径演化规律及其诱发的岩体变形问题,以弱胶结软岩巷道为工程背景,建立弱胶结软岩巷道开挖扰动数值计算模型,研究巷道开挖诱发的围岩主应力大小和方向演化规律,确定开挖扰动旋转应力路径试验加载状态参数。开展弱胶结软岩空心扭剪试验,研究9种开挖扰动应力旋转路径下弱胶结软岩剪应力–应变–掘进距离空间曲线特征及(σ_(z)-σ_(θ))-2τ_(zθ)应力平面内的非共轴角变化规律。结果表明:随着巷道开挖,监测面位置巷道围岩底板、顶板和两帮的主应力大小和方向均发生显著变化,特别是在巷道2D范围内,发生了强烈的主应力方向旋转和应力量值突变。开挖扰动应力路径下巷道围岩剪应力–应变曲线呈现“V”,“Z”,“N”型发展形式。开挖扰动引起的主应力旋转造成了弱胶结软岩应变增量方向和应力方向的非共轴性,巷道底板、顶板和两帮扰动应力路径作用下,弱胶结软岩非共轴角最大值分别为52.8°,-22.3°和30.6°。研究成果将有助于揭示巷道开挖卸荷引起的主应力旋转路径下岩体非共轴塑性变形演化机制,提高地下工程设计水平以及灾害防治能力。 展开更多
关键词 采矿工程 岩体力学 开挖扰动 主应力量值 主应力方向 非共轴角
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不同倾角岩体结构面在循环动力扰动下的力学特性 被引量:5
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作者 于永江 刘峰 +3 位作者 岳宏亮 张伟 张仕鹏 王鹏博 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3748-3758,共11页
为了研究大型硐室或边坡中不同倾角岩体结构面在动力扰动下的变形特征和破坏机理,采用微控电液伺服疲劳试验机对不同倾角结构面岩石进行不同振幅的周期性动力扰动力学试验,实验结果表明:动力扰动下结构面岩石试件发生破坏时产生大量的... 为了研究大型硐室或边坡中不同倾角岩体结构面在动力扰动下的变形特征和破坏机理,采用微控电液伺服疲劳试验机对不同倾角结构面岩石进行不同振幅的周期性动力扰动力学试验,实验结果表明:动力扰动下结构面岩石试件发生破坏时产生大量的沿着轴向发展的竖向裂纹,随后结构面岩石试件碎裂成相对较薄的片状或条状碎屑,在宏观上表现出沿着结构面倾向膨胀;每次加、卸载的应力应变曲线都会形成一条封闭的滞后环曲线,且该曲线总体呈现出疏—密—疏3个阶段的特征;在结构面岩体倾角一定时,滞后环曲线的面积及岩体的变形模量随着扰动应力幅值的增大而增大,表明扰动振幅增加使得扰动岩石在每个循环周期中内部积聚更多可消耗的能量,用于矿物颗粒之间的黏滑消耗以及原有微裂纹的增生和新裂纹的产生,导致岩石达到破坏所需的累积不可逆变形总量会降低,劣化试件的抗载性能;当扰动应力幅值一定时,滞后环曲线的变化幅度随着结构面岩体倾角的逐渐增大而增大,岩体的变形模量随之减小,岩石的阻尼比呈现先减小,然后稳定,再增大的趋势,反映了岩石中裂隙从初始变形(空隙压密)到等速变形(微破裂稳定发展)到加速变形(裂隙贯通)后整体破坏的过程;结构面岩石试件发生破坏的扰动应力幅值存在一个可用静载荷和结构面倾角进行确定的扰动阈值,当扰动应力幅值<扰动阈值时,随着循环加卸载周期的增大,塑性应变值趋于稳定值,结构面岩石未发生破坏,岩石塑性应变积累值与扰动循环加载次数符合负指数函数,反之,当扰动应力幅值>扰动阈值时,岩石塑性应变积累值与扰动循环加载次数的关系符合朗之万函数逆函数,对这2种函数中待定参数值变化对损伤曲线簇的影响规律分析,确定了该函数中待定参数的物理意义,并通过不同振幅循环加卸载条件� 展开更多
关键词 岩体结构面 扰动应力 不同倾角岩体 滞后环曲线 扰动阈值
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Hoek-Brown扰动系数D对边坡稳定性的影响 被引量:5
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作者 占绍祥 黄华杰 +2 位作者 舒峥 郑会会 沈佳轶 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第6期147-152,共6页
Hoek-Brown(HB)强度准则中的扰动系数D可反映爆破开挖对岩体扰动的程度。然而,在常规的数值模拟中,往往单一的D值被赋予到整个岩体工程中,这并不符合实际工程情况,因为岩体在未扰动区与爆破开挖扰动区的力学参数存在很大的差异。因此,... Hoek-Brown(HB)强度准则中的扰动系数D可反映爆破开挖对岩体扰动的程度。然而,在常规的数值模拟中,往往单一的D值被赋予到整个岩体工程中,这并不符合实际工程情况,因为岩体在未扰动区与爆破开挖扰动区的力学参数存在很大的差异。因此,本研究采用多平行坡面的分层建模方法来模拟D值随距爆破开挖面的距离增加而逐渐衰减的情况,分析了扰动系数D值变化对边坡稳定性的影响。首先,分析了爆破开挖扰动区厚度T对边坡安全系数FOS的影响。其次,分析了在爆破开挖扰动区内D值按3种变化规律(上凸、线性、下凹)衰减对边坡稳定性的影响。研究表明随着T的增加,边坡安全系数都呈下降的趋势,D值选用上凸曲线衰减得到的边坡安全系数相对其他2种衰减方式更加保守。该研究结果对HB准则在岩质边坡稳定性数值计算中的广泛应用有一定的参考价值。 展开更多
关键词 岩质边坡 稳定性分析 扰动系数 HOEK-BROWN 扰动区厚度
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基于CASRock的工程岩体动力响应分析方法、软件与应用 被引量:5
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作者 潘鹏志 梅万全 《隧道与地下工程灾害防治》 2021年第3期1-10,共10页
针对工程岩体破坏局部化的特征,建立了工程岩体动力响应分析的局部化更新规则,空间和时间尺度上分别采用细胞自动机和Newmark积分方法,基于自主研发的工程岩体破裂过程细胞自动机分析软件CASRock(cellular automata software for engine... 针对工程岩体破坏局部化的特征,建立了工程岩体动力响应分析的局部化更新规则,空间和时间尺度上分别采用细胞自动机和Newmark积分方法,基于自主研发的工程岩体破裂过程细胞自动机分析软件CASRock(cellular automata software for engineering rockmass fracturing process),研发动力分析版本CASRock.Dyna。通过研究弹性波在岩体中的传播规律,CASRock.Dyna模拟应力波的传播与解析结果吻合,验证了CASRock.Dyna进行弹性动力分析的可行性。CASRock.Dyna的弹塑性结果与边界元结果吻合,验证了CASRock.Dyna非线性动力分析的有效性。进行卸压爆破和扰动作用下的工程岩体破裂过程的动力分析,揭示了地应力、岩体非均质性和动力参数等对岩体的破坏程度和范围的影响特征。 展开更多
关键词 CASrock 动力分析 工程岩体 破裂过程 卸压爆破 扰动破坏
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动态扰动下顶板块体失稳冒落研究综述 被引量:1
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作者 朱万成 代风 +3 位作者 任敏 关凯 牛雷雷 董航宇 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期1425-1440,共16页
巷道、采场等地下开挖空间周边围岩的次生结构面发育,岩体极易被切割成多个独立岩块,并在准静态地应力或外界动力扰动作用下发生滑动冒落.针对准静态条件下的顶板失稳冒落问题,研究的重点在于结构面的扩展分析以及块体系统的受力平衡条... 巷道、采场等地下开挖空间周边围岩的次生结构面发育,岩体极易被切割成多个独立岩块,并在准静态地应力或外界动力扰动作用下发生滑动冒落.针对准静态条件下的顶板失稳冒落问题,研究的重点在于结构面的扩展分析以及块体系统的受力平衡条件分析.对于动态扰动条件下的顶板岩块滑动失稳问题,不仅涉及到应力波促进下的裂隙扩展问题,还与块体系统中应力波的传播规律和应力波影响下岩块动态受力条件有关.本文分别从静态条件下与动态扰动条件下两个方面总结了顶板岩块稳定性相关研究.目前针对静态条件下的顶板块体稳定性研究已经形成了诸多较为成熟的理论体系;而对于动态扰动条件下的块体稳定性的研究主要还是集中于块体系统内部应力波传播过程的分析,忽略了对顶板岩体受扰过程中裂隙扩展和应力失衡的分析.因此,针对顶板岩块动态失稳问题的研究尚不能揭示冒落机理,而该研究的难点在于“揭示动态扰动诱发块体失稳的本质机理”.最后,介绍了课题组针对动态扰动下顶板块体滑动失稳问题开展的一系列实验与数值模拟研究,揭示了不同方向动态扰动作用诱发顶板块体滑动失稳的机理,为地下矿山冒顶灾害的防控提供一定的理论参考. 展开更多
关键词 地下工程 节理岩体 顶板冒落 关键块体 动态扰动 滑动失稳
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基于节理岩体损伤本构的洞室位移反分析研究与应用 被引量:3
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作者 杨云浩 徐卫亚 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期2723-2732,共10页
基于对洞室位移反分析中开挖扰动区处理方法的总结分析,探讨将节理岩体损伤本构应用于反分析研究中的实现方法。通过FLAC3D预留的二次开发接口,修改其内置应变软化模型的数值计算格式,即对位于屈服面以外的应力点采用修正应力张量分量... 基于对洞室位移反分析中开挖扰动区处理方法的总结分析,探讨将节理岩体损伤本构应用于反分析研究中的实现方法。通过FLAC3D预留的二次开发接口,修改其内置应变软化模型的数值计算格式,即对位于屈服面以外的应力点采用修正应力张量分量的方式替代主应力修正的方式,使修改后的本构模型可适用于各向异性的节理岩体,同时结合FISH语言编制的节理裂隙几何参数随开挖过程的演化程序实现对节理岩体等效柔度张量的更新,从而完成节理岩体损伤本构的FLAC3D二次开发。采用基于支持向量回归机与PSO-DE优化算法的增量位移反分析方法,应用该本构模型对思林水电站地下厂房围岩参数进行反分析。研究结果表明:对于开挖于含成组展布且相对结构尺寸为小量的断续节理岩体内的地下洞室位移反分析问题,将节理岩体损伤本构引入其中是一个很好的尝试,扰动区内围岩的等效弹模平均降低约为20.13%,计算增量位移值与量测值的相对误差在7.54%~16.56%,反分析成果是合理和可靠的。 展开更多
关键词 节理岩体 开挖扰动区 损伤 位移反分析 FLAC3D自定义本构
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Influence of stress wave-induced disturbance on ultra-low friction in broken blocks 被引量:1
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作者 Liping Li Haitao Zhang +3 位作者 Yishan Pan Xiangyu Ju Lei Tang Minghui Li 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2022年第2期107-123,共17页
Deep rock mass tends to be broken into blocks when mining for materials deep below the surface.The rock layer of the roof of the mine can be regarded as a system of blocks of fractured rock mass.When subjected to high... Deep rock mass tends to be broken into blocks when mining for materials deep below the surface.The rock layer of the roof of the mine can be regarded as a system of blocks of fractured rock mass.When subjected to high ground stress and mining-induced disturbance,the efect of the ultra-low friction of the block system easily becomes apparent,and can induce rock burst and other accidents.By taking the block of rock mass as research object,this study developed a test system for ultra-low friction to experimentally examine its efects on the broken blocks under stress wave-induced disturbance.We used the horizontal displacement of the working block as the characteristic parameter refecting the efect of ultra-low friction,and examine its characteristic laws of horizontal displacement,acceleration,and energy when subjected to the efects of ultra-low friction by changing the frequency and amplitude of the stress wave-induced disturbance.The results show that the frequency of stress wave-induced disturbance is related to the generation of ultra-low friction in the broken block.The frequency of disturbance of the stress wave is within 1–3 Hz,and signifcantly increases the maximum acceleration and horizontal displacement of the broken blocks.The greater the intensity of the stress wave-induced disturbance is,the higher is the degree of block fragmentation,and the more likely are efects of ultra-low friction to occur between the blocks.The greater the intensity of the horizontal impact load is,the higher is the degree of fragmentation of the rock mass,and the easier it is for the efects of ultra-low friction to occur.Stress wave-induced disturbance and horizontal impact are the main causes of sliding instability of the broken blocks.When the dominant frequency of the kinetic energy of the broken block is within 20 Hz,the efects of ultra-low friction are more likely. 展开更多
关键词 rock burst Block rock mass Ultra-low friction efect Stress wave-induced disturbance Horizontal displacement
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