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岩体结构直接控制着岩体力学、水力学特性,岩块体积分布规律可直接反映岩体结构特征。目前研究多将节理面简化为平面,忽略了粗糙度对岩块体积的影响。利用Hurst指数H和高度均方根Rq表征节理粗糙度,研究了节理粗糙度对岩块数量和体积分布规律的影响。结果表明：(1)H、Rq控制节理的粗糙起伏形态,粗糙度随着Rq的增大而增大、随着H的增大而减小;(2)块体的数量总体上与节理粗糙度正相关,即随着粗糙度的增大而增加;(3)Rq和H对岩块体积分布的影响,主要通过改变小体积块体所占比例实现,块体的平均体积和中位体积随着粗糙度的增大而减小;(4)当节理正交且间距相近时,块体数量随粗糙度的变化可以分为3个阶段,即稳定阶段、初始增长阶段和快速增长阶段,Rq和H共同控制着各区间的相对分布范围。最后,基于摄影测量采集的数据建立了岩体节理模型,对大连某公路边坡的岩块体积分布进行了研究,验证了上述结论的准确性。 相似文献
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岩体块度特征是岩体完整性评价的重要指标, 通常用岩石质量指标RQD来表征。但是RQD是有不足之处的, 岩体基本块度的概率分布、块度百分比、RQDt、块度指数RBI等参数是描述岩体块度特征的重要补充, 它们更全面地、更深入地表征了岩体的完整性, 丰富了岩体质量评价的定量指标。本文以金沙江下游溪洛渡水电站工程坝基岩体块度调查统计资料为基础, 对岩体基本块度的概率分布、块度百分比、RQDt、块度指数RBI等岩体块度特征进行了深入研究。 相似文献
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西部地区采场顶板厚而坚硬，破断岩块常形成大块度关键块，围岩稳定性差，支架响应强烈，研究块体动态结构力学行为对西部地区采场围岩控制具有重要意义。根据大块度关键块相对回转形成的动态结构建立运动力学分析模型，按照块体间几何关系推导出挤压面积随回转角的变化关系，将块体相对回转的动态过程分为3个回转阶段。基于“砌体梁”理论推导出不同阶段块体所受挤压力与回转角的关系，对结构稳定性及力学行为进行分析。结合失稳条件，以支架工作阻力为响应特征，找到回转过程中结构最易失稳点，提出工作阻力确定方法，并得到现场实证。理论计算结果表明，在大块度条件下，随着回转角θ的增大，挤压力T1总体上呈增大的趋势；当块度i<1时，T1随θ变化呈二次抛物线规律变化；而当i>1时，曲线逐渐表现为线性变化，且块度越大T1随θ变化幅度越小。通过失稳条件分析，揭示了大块度关键块在回转初期易发生滑落失稳，而抗回转变形失稳能力较强；针对块度i较大，结构自稳性弱、支架响应强烈的特点，需设计合理的支架工作阻力，分析3个回转阶段受力情况，得出块体处于回转初期与中期的临界角度时最易失稳，并给出该易失稳状态下工作阻力计算公式。 相似文献
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讨论了超挖的定义以及不稳定块体体积与超挖的关系 ,总结了计算块体位置和体积的方法可分为随机、确定性和半概率方法三类 ,为今后超挖方面的研究提出了指导方向。重点分析并给出了被三个节理面切割的岩块以及隐含危险岩块的位置计算的确定性方法 ,提出了岩块体积计算简易的近似算法。超挖计算对洞室安全、高效地现场施工具有重要指导意义. 相似文献
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高放废物地质处置北山预选区芨芨槽岩块地质特征 总被引：1，自引：0，他引：1
芨芨槽岩块是高放废物地质处置北山预选区新场地段中有利候选岩块之一。以高精度卫片解译、野外踏勘、地表工程揭露和节理测量为主要手段,对此岩块的岩石、断裂、节理带和节理等地质特征进行了详细调查和研究。芨芨槽岩块的主岩岩石类型单一,为黑云母二长花岗岩;后期有煌斑岩脉和石英脉贯人。断裂以NE向为主,共7条;多数断裂分布于岩块东西两侧边界,而岩块内部只有2条断裂。节理带以NW向为主,长度大于1km的有8条。据统计,岩块中节理有4个优势组,各优势组的产状和间距分别服从正态和负指数分布,节理平均间距为1．2-1．6m。断裂对节理的影响范围小于100m。此项调查和研究为处置库选址、性能评价和设计提供了必要的基础资料。 相似文献
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岩体在块系构造状态下的动力传播存在块体和块体间软弱介质的非协调变形现象，对岩体结构的动力稳定产生重要影响。目前块系岩体的非协调动力传播响应研究尚不充分，导致不能进行有效的动力响应特征识别。通过试验对块系岩体非协调动力传播过程岩块动力响应特征进行研究，分别从动力传播速度、岩块加速度振幅衰减、岩块振动位移响应、岩块振动持续时间、块体动能显现、块体振动频域响应特性等方面对比纵波传播，给出块系岩体非协调动力传播的特征分析。通过分析可知，块系介质非协调变形运动产生的动力传播现象相比于纵波传播是一种低频低速波，并伴随着岩块的大位移运动，同时岩块振动持续时间较长，蕴含着动能与势能的相互转换过程，这些现象构成了块系岩体非协调动力传播的重要特征。该研究将为识别岩体非协调动力传播特征及块系岩体的冲击预警波动特征识别提供参考。 相似文献
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不同充填度岩石分形节理抗剪强度的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
在对岩石节理进行分形模拟的基础上,建立了岩石分形充填节理直剪试验数值分析模型,采用数值模拟方法,研究了充填度与岩石分形充填节理抗剪强度之间的关系。结果表明,随着充填度的增大,分形节理抗剪强度总体上呈非线性减小。当充填度小于1时,随着充填度的增大,分形节理抗剪强度迅速减小,节理抗剪强度受节理表面形态、充填物力学性质以及壁岩力学性质的共同影响;当充填度大于1时,节理抗剪强度主要受充填物力学性质的控制,强度参数接近于节理充填物的强度参数。 相似文献
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L. G. Wang S. Yamashita F. Sugimoto C. Pan G. Tan 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2003,36(2):121-142
Summary In block caving, it is important to estimate the cavability of an ore body. This study proposes a new three dimensional (3D)
model for predicting the characteristics of ore fragmentation in block caving, which is based on the Monte Carlo simulation
technique. In this paper, the following subjects are discussed: sampling methods of discontinuity, 3D modeling algorithms
and conceptualization for analyzing the distribution of discontinuities. In addition, the influence of each modeling parameter
on the distribution of ore fragmentation was analyzed. The characteristics of ore fragmentation in a Northern China underground
copper mine are used as a case study. Based on the methods discussed here, a software system named “MAKEBLOCK” was developed
for analyzing the characteristics of discontinuities in an ore body and predicting the size distribution of ore fragments
in block caving. The ore fragmentation attained by using this 3D model is in a good agreement with the field fragmentation
measurements.
Received November 30, 2001; accepted September 19, 2002; Published online February 25, 2003
Acknowledgement Support for this project came primarily from The National Science Foundation of China (approval No. 59704004). We would like
to thank professor J. F. Archbald, head of Faculty of Mining Engineering, Queen's University, Canada, for his excellent advice
and for checking the technical presentations of this paper.
Authors' address: Dr. Liguan Wang, College of Resources and Safety Engineering, Central South University, Hunan, Changsha, China; e-mail: liguan_wang@hotmail.com 相似文献
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A numerical rock fragmentation model was elaborated, producing a 3D puzzle of convex polyhedra, geometrically described in a database. In the first scenario, a constant proportion of blocks are fragmented at each step of the process and leads to fractal distribution. In the second scenario, division affects one random block at each stage of the process, and produces a Weibull volume distribution law. Imposing a minimal distance between the fractures, the third scenario reveals a power law. The inhibition of new fractures in the neighbourhood of existing discontinuities could be responsible for fractal properties in rock mass fragmentation. To cite this article: L. Empereur-Mot, T. Villemin, C. R. Geoscience 334 (2002) 127–133. 相似文献
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粒子冲击破岩作为一种新型辅助破岩技术已在钻探和油气开采等领域得到有效运用,其在极坚硬岩层中隧（巷）道辅助掘进方面具有广阔的应用前景。从试验角度研究了粒子的冲击次数、颗粒强度及冲击速度等因素对极坚硬花岗岩表面冲击坑损伤破碎特征的影响,对冲击坑三维形貌、岩石碎屑及坑内矿物破碎特征进行了定量分析。结果表明：成坑最大深度随冲击次数增加呈抛物线趋势增大,而成坑体积和坑顶面积随冲击次数增加呈线性增长;成坑体积随冲击速度呈先增大后减小的规律,该临界冲击速度约为82.5 m/s;冲击坑中心与外部的细观破碎机制差异导致岩石碎屑平均尺寸具有明显的双峰特征。从能量角度分析发现,成坑体积、坑顶面积和最大深度随粒子动能在双对数坐标系下线性增长。基于图像处理方法获得了冲击坑周边主要矿物内部裂纹分布随冲击速度和次数增加的分形维数变化规律。破岩效果表明,增大粒子冲击速度和冲击次数能有效扩大岩石冲击坑的损伤范围,但冲击速度的影响程度显著大于冲击次数。 相似文献
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P. D. Katsabanis A. Tawadrous C. Braun C. Kennedy 《Fragblast: International Journal for Blasting and Fragmentation》2006,10(1):83-93
A series of small scale tests, simulating multi-hole blasts have been performed to establish the effect of delays on blast fragmentation. The blasts were performed in high quality granodiorite blocks, which were cut from stone prepared by dimensional stone quarry operations. The pattern used was equilateral triangular, with a distance of 10.2 cm between boreholes, which had a diameter of 11 mm, were loaded with detonating cord and the coupling medium was water. The delays used were achieved using different lengths of detonating cord for the cases of delays between 0 and 100 μs between holes and a sequential blasting machine firing seismic detonators for larger delays up to 4 ms. All fragments were collected and screened. The experiments showed that the worst fragmentation was achieved with simultaneous initiation of all charges. Fragmentation improved with the delay time between holes up to 1 ms between holes. If the experiments are scaled up, the results show that in granodiorite, fragmentation optimization requires delays of few milliseconds per metre of burden. The findings, agree with previously published work, involving larger scale experiments and other rock types. 相似文献
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This paper presents a novel probabilistic approach of random discrete element analysis (RDEA) to investigate the mechanism of rock fragmentation under uniaxial compression. This model combines the advantages of both random field theory and discrete element method in characterizing the spatial variation and uncertainty of microscopic material properties. The numerical results reveal that the stress-strain curves of a group of tests can match well the general trend of the experimental data, with the mean uniaxial compressive strength (UCS) of 10.18 MPa and the mean Young modulus of 1.73 GPa. The coefficient of variation (COV) for the rock samples is much lower than that of the initial random fields of particles because of the averaging effect of microscopic material property in obtaining the bulk values. The rock fragmentation is initiated by the breakage of weak particles within the rock mass, and it develops rapidly as the vertical loading stress approaches the UCS. The final damage zone resides dominantly in the weak region of the rock sample, and the distribution of material property coefficients follows a similar beta distribution as the corresponding initial random field. Rock samples with persistent “pillar-like” structures of strong particles can effectively resist the normal compression, resulting in high rock strengths. The traditional DEM simulation with a set of constant material properties can only represent one extreme realization of random field, which could significantly overestimate the rock strength. The proposed RDEA approach can effectively capture the uncertainty and complex interactions of rock fragmentation in a more realistic and reliable way. 相似文献
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乌东德水电站右岸地下厂房随机块体特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
随机块体的几何特征和稳定性是水利水电工程中地下厂房支护设计的重要依据。对乌东德水电站右岸地下厂房随机块体的特征进行了深入研究。对研究区域内实测的裂隙参数进行了分组统计,确定了各组裂隙产状、迹长等参数的分布形式和大小。利用逆建模方法建立了三维裂隙网络模型,获取了各组裂隙的直径和三维密度。采用一般块体方法对地下厂房进行随机块体的识别和稳定性分析,利用GeneralBlock软件进行了10次随机实现,对10次计算结果进行了统计分析和讨论。研究结果表明,结构面与开挖面形成的随机块体集中在地下厂房的顶拱部位,10次随机实现中,地下厂房全长范围内平均每次形成的随机块体为414个;随机块体的平均体积为2.9 m3,最大块体的体积达152.0 m3;可移动块体中,大部分为稳定块体,不稳定块体均以坠落形式破坏;构成可移动块体的结构面多为3~4条,最多可达12条,其中倾W向的中等倾角裂隙是构成块体并可能造成块体失稳的最危险结构面;随机块体的平均深度为1.2 m,最大深度为8.8 m。建议支护锚杆应尽量穿透倾W向中等倾角的长大裂隙,且锚杆支护长度大于8.8 m。 相似文献
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TBM滚刀破岩过程影响因素数值模拟研究 总被引：3，自引：0，他引：3
全断面岩石掘进机（TBM）的破岩效率主要受刀盘设计和岩体特征的影响。采用颗粒流方法建立了岩石试件与滚刀的数值模型,对TBM滚刀破岩过程的影响因素进行了分析。研究表明,单刃滚刀交替作用下强度较低的岩石中易形成规则的张拉裂纹而生成较大岩碴;强度较高的岩石中滚刀的侧向挤压促使形成块度较小的片状岩碴;双刃滚刀作用下岩石表面受到强烈挤压后出现较大的拉应力,使岩石更易破碎,且仅在强度较高的岩石中才易形成透镜状岩碴。滚刀破岩过程中存在能耗最小的最佳间距,该最佳间距随着岩石强度的增大而减小。滚刀破岩过程中,结构面对裂纹扩展具有显著的控制性作用,并阻隔损伤向结构面下的岩石中渗透;随着结构面与滚刀侵入方向夹角的减小,结构面将引导裂纹向岩石深部扩展,而当夹角较大时,结构面则会引导裂纹横向扩展,易导致大块岩碴的形成 相似文献
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盘形滚刀破岩过程的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究全断面岩石掘进机盘形滚刀的破岩过程以及盘形滚刀的结构参数（刀刃宽、刀刃角）对滚刀破岩特性的影响,利用离散元方法建立岩石与盘形滚刀的二维数值模型,研究了滚刀侵入岩石过程中贯入度、切削力以及裂纹数三者的关系,在此基础上通过仿真得到滚刀结构参数与岩石破碎特性的规律。研究结果表明：裂纹的扩展与滚刀受到的切削力密切相关;破岩过程中切削力先增大后减小的循环模式,证实了岩石跃进破碎特性。在盘形滚刀作用下,岩石中的应力是向下、向四周无限扩展的对称的应力泡。滚刀刀刃作用区域,应力值最高,随着滚刀贯入度增加,最大应力减小;远离滚刀刀刃区域,应力呈应力泡形式逐层降低至0。选择滚刀刀刃宽在10～15 mm之间,既避免滚刀受到的推力过大,又能提高滚刀的破岩效率;岩石破碎以滚刀刀刃下方向下发展裂纹的扩展为主,刀刃角在10°～20°之间,既能减少滚刀的磨损又能提高破岩效率。 相似文献
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基于颗粒流模型的TBM滚刀破岩过程数值模拟研究 总被引：8，自引：2，他引：6
为了研究全断面岩石掘进机（TBM）盘型滚刀的破岩机制及其影响因素,采用颗粒流方法建立了岩石与滚刀的二维数值模型,实现了对TBM滚刀破岩过程的模拟。分析表明,滚刀的破岩过程可分为冲击挤压破碎、大量微裂纹生成、张拉性主裂纹扩展3个阶段,证实了滚刀破岩的挤压-张拉破坏理论。在滚刀侵入深度相同的前提下,随着刀圈刃角以及刃宽的增加,滚刀下的压碎区也相应增大,张拉性主裂纹数目增多,滚刀的破岩能力提高;与平刃刀圈相比,楔刃刀圈的“楔块劈裂”作用更加显著,使径向裂纹扩展得更快且更深入岩石内部。TBM滚刀对强度较高或较低岩石的破坏损伤较小,而对中等强度的岩石破坏损伤最为显著。 相似文献