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由于煤矿再生岩体围岩结构和成分进行了重组,其力学特性将发生本质变化。根据再生岩体压实成岩过程中破碎岩体多次受压的实际情况,采用广西州景煤矿再生顶板破碎围岩进行有侧限条件的分次压实试验。结果表明:分次压缩过程可分为压实破碎、压实应力记忆和压密固结3个阶段。在第1次压缩时,压实特性曲线呈线性变化,后续压实特性曲线逐渐向指数形式转变,而"压实应力记忆"阶段表现为多项式变化。在侧限压缩条件下,提出以最小势能原理作为判定不规则岩样挤压破碎判据。破碎岩样压缩特性受压实次数和装岩高度的影响,破碎岩样分次压实次数越多,累积压缩应变越大,后续压缩时的应力增量越大。装岩高度越大,压缩至相同压应力时,累积总应变越大。压实应力达到一定程度,不同粗粒径破碎岩样的粒径分布规律趋于一致,据此建立了破碎岩样粒径分布与工程中破碎岩体压实程度之间的相关关系。 相似文献
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松软破碎岩体的复杂力学特性给深部开采工程带来一系列棘手的问题,深入研究破碎岩体峰后力学行为,对于深部巷道围岩稳定性分析及支护结构设计具有重要意义。基于量化GSI围岩评级系统及连续介质理论,建立了考虑围压影响的破碎岩体峰后应变软化力学模型。通过工程应用实例验证了数值模型的可靠性。研究结果表明：通过计算围岩与支护结构相互作用关系可知,理想弹塑性模型和应变软化模型所得计算结果差异较大,采用理想弹塑性模型进行支护设计,可能导致支护结构的安全性偏低,甚至失稳。现场应用结果表明：数值计算结果与现场实际情况吻合;提出的深部破碎岩体应变软化模型能够较为真实地反映破碎岩体的非线性破坏行为,可为硐室围岩稳定性分析及支护结构设计等提供新的思路。 相似文献
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对裂隙岩体的爆破破碎阻力特性进行了研究，提出了裂隙岩体爆破阻力矢量的概念和研究方法。以单元结构体作为主要研究对象，建立了爆破阻力矢量与岩体实际阻力矢量的关系模型。作为一种研究方法，它对裂隙岩体的爆破破碎的理论研究及施工技术的研究具有一定的实际意义。 相似文献
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正确认识岩体结构、地质构造对地应力场的影响是评估地下工程岩爆和软岩大变形的基础.但由于缺乏单点大量实测数据的支撑,目前断层破碎带对地应力特征的影响还不是很清楚.依托川藏交通廊道通麦隧道勘察设计,开展了嘉黎断裂带及两侧完整岩体的大量地应力实测,并分析了其量值的离散性、极大值等分布规律.结果表明通麦隧道在埋深1 107.4 m处完整岩体实测最大水平应力SH为41.57 MPa（兆帕）,属于极高地应力.而断层破碎带内实测应力量值离散且相同深度范围的平均值低于完整岩体,因此完整岩体内的实测数据才能用于区域地应力场评估.受断裂构造影响的岩体应力局部集中有一定限度,与正常应力值相比,可能不会达到量级的差异.预测隧道最大埋深处SH的中间值约为55 MPa. 相似文献
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破碎煤体渗透特性的试验研究 总被引：7，自引：1，他引：6
破碎煤体的渗透特性是影响煤矿瓦斯抽放和地下采空区突水灾害预防的重要因素之一。利用一种专用的破碎岩体压实渗透试验装置,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上完成了破碎煤体压实过程中的渗透特性测定,得到了破碎煤体轴向应力、渗透压差、水头梯度与渗流速度的关系,并分析了各种粒径破碎煤体在不同渗透速度下轴向应力对渗透系数的影响。研究表明,(1) 不同粒径破碎煤体的渗透特性与其压实状态密切相关,轴压从5～15 MPa变化时,渗透压差的最大值增加了3.28～166.47倍,渗透系数都相应降低了1个量级以上;(2) 在恒定的渗流速度下渗透压差随轴压变化的规律近似呈指数函数关系;(3) 渗透系数随轴压变化的规律近似呈对数函数关系;(4) 恒定的轴压下水头梯度随渗流速度变化的规律近似呈指数函数关系。 相似文献
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地震波在跨越岩体中节理时的透反射特性是岩石地下工程抗震分析问题中的重要基础,目前开展的研究工作中尚未有针对连续屈服（CY）非线性节理模型透反射特性的研究报导。在前人提出的非线性节理透反射系数时域递归法解答的基础上,将这一方法拓展至CY模型。并采用3DEC离散元软件,对比了CY模型的时域递归解与数值模拟结果的差异。在此基础上以时域递归解为手段,辅以离散元数值模拟,开展了CY模型的参数影响研究。最终比较了库仑（MC）模型与CY模型在正弦脉冲激励和真实地震动激励下表现的差异。结果表明：CY模型的时域递归解与3DEC数值模拟结果显示了良好的一致性,证明了时域递归解用以进行后续参数研究的合理性。法向应力、入射波幅值、节理初始刚度、节理间距等参数对CY模型具有显著影响。相比库仑模型,连续屈服模型可以更好地反映地震波穿越节理时发生的复杂力学现象,如切向刚度退化、抗剪强度劣化、法向应力依赖性、滞回现象等。研究成果可为岩石地下工程的抗震设计与分析工作提供一定参考。 相似文献
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基于TCK损伤本构的岩石爆破效应数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
脆性岩石在爆破载荷下的动态破碎行为是工程技术人员所关心的,采用数值法预估岩体破裂范围和损伤大小对施工安全具有重大意义,其中合理的岩石损伤模型是关键。假设岩体破坏近似服从Mises屈服准则,且考虑到岩体的应变硬化特性,把Taylor-Chen-Kuszmaul（TCK）模型中的拉裂损伤演化方程和材料双线性、弹塑性本构耦合到一起,并简洁地嵌入到有限元分析软件LS-DYNA中,通过半无限岩体中柱形药包爆破实例验证了其合理性与准确性。对球形药包爆破问题也进行了数值分析。该损伤模型及其数值模拟在工程中具有一定的参考价值。 相似文献
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节理岩体渗流-应力耦合特性研究是岩石力学领域的重点和难点。水利水电工程与地下工程中天然节理岩体往往处于三向不等压应力状态,针对三向应力状态下节理岩体渗流-应力耦合特性研究较少。其中,单节理岩体渗流-应力耦合特性研究是基础。首先分析与探究了单节理岩体侧向应力作用效果及渗流作用机制,在单节理岩体渗透性-应力耦合分析模型基础上推导了单节理岩体渗流-应力耦合的理论公式。通过室内真三轴渗流-应力耦合试验,基于全局优化算法的非线性拟合及块体离散元数值仿真,验证了所提出理论公式的合理性。基于电路原理,给出了模拟电路与渗流问题的相似物理量,通过引入等效渗流阻方法,探究了典型的含正六边形主干节理网络的渗流-应力耦合特性。该研究结果对实际工程岩体的渗流分析有一定的参考价值。 相似文献
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Defu Zhu Shihao Tu Hangsheng Ma Hongmin Wei Haocheng Li Chen Wang 《国际地质力学数值与分析法杂志》2019,43(1):257-271
Bearing and deformation behaviors of waste rock masses (WRM) are more usually considered in stress distribution in caved waste. As WRM is widely located in hidden and dangerous environments, herein, numerical calculation is the preferred research method, but there are no modules specifically designed to simulate WRM, and the distribution of blockiness size, void, and properties of WRM in existing programs is still immature. A construction and subdivision method for modeling WRM is proposed in this paper. That is on the basis of the intact rock mass numerical model established in 3D Voronoi, the blocks in the intact rock mass are removed at random to achieve the purpose of retrieving the WRM structure by means of predetermined porosity. Also, the Weibull distribution is introduced to describe the properties of joints randomly, and a uniaxial compression experiment is used to research the compaction characteristics of WRM. The modeling and parametric methods can more accurately reflect fragmentation characteristics, bulking characteristics, and compaction characteristics of WRM. Compared with the existing theoretical and experimental results, this method has a high degree of consistency with them. This experimental study provides a new and effective method for the safety control of backfilling technics of WRM in coal mines. 相似文献
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Avinash Paul A. P. Singh John Loui P Ajoy K. Singh Manoj Khandelwal 《Arabian Journal of Geosciences》2012,5(6):1435-1448
In underground coal mines, a lot of major fatalities have occurred due to roof fall in the newly developed faces or galleries of coal mines during the development or production of coal. There are around 500 underground coalmines in India, and continuous production or development or exploitation of coal depends upon the stability of the gateways developed in the form of galleries, which are supported in such a manner so that they can last up to that period, unless it has been finally extracted out with an operation called depillaring. A system of support design with roof bolting, resin bolting, and cable bolting for the aforesaid galleries is presently being decided on the basis of rock mass rating (RMR). The same support design has been attempted with the use of 3D numerical modeling technique—a tool nowadays very extensively used in geotechnical engineering to predict the stability of structures to be built or for the structures which are built against nature, i.e., underground mines. In this study, the support design system on the basis of RMR has also been validated with a numerical modeling technique for three locations of Monnet Ispat underground coalmine. After the study, it has been found that the numerical modeling technique can give better design of support system in underground coal mines in comparison with RMR-based support design system, and it will also play a major role in reducing the total cost incurred in coal exploitation from the underground coal mines. 相似文献
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溪洛渡地下洞室群地震响应的二维及三维数值模型比较分析研究 总被引：5，自引：4，他引：1
验证了显示有限差分方法进行地震波衍射分析的可行性,并基于此方法分别建立了二维（2D）及三维（3D）数值模型,对溪洛渡地下洞室群的地震安全性进行了分析与讨论。研究表明,在唐山余震天津医院地震波作用下洞室群处于安全状态。对比2D及3D数值计算结果可以发现,2D数值模型计算效率远远高于3D数值计算模型;对于建造于完整性较好、强度较高的岩体介质中地下洞室群而言,可以采用2D数值模型粗略估算洞身部分的地震响应,而洞室端面的动力响应则必须通过建立3D模型来进行分析。 相似文献
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不同倾角节理组和锚固效应对岩体特性的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
首先采用DDARF(discontinuous deformation analysis for rock failure)分析方法对双裂隙岩块进行单轴和双轴压缩模拟试验,研究了裂隙角度和侧向应力大小对岩块特性的影响,得到了裂隙岩块在这两种加载试验中的破坏过程、应力-应变曲线以及岩块中裂隙的起裂应力和岩块的峰值强度。在双轴压缩模拟试验中绘制了裂隙角度为45°的岩块在不同侧向压力下的强度包络线。其次,采用DDARF分析方法模拟劈裂试验中含裂隙试块的锚固效果,得到了4种不同锚固角度试块的轴向荷载–位移变化曲线和裂隙扩展规律。模拟结果与前人的类似条件下的试验结果相符良好。随后又将双裂隙试块双轴压缩模拟试验中得到的参数运用到一个地下洞室的工程实例中,用等效力学特性的方法分析对比了完整岩体和节理岩体洞室开挖完成后的破损状态的差异。最后运用DDARF分析方法研究了随机生成4组节理岩体的地下洞室的稳定性,得到了洞室节理围岩的裂隙扩展过程。同时通过对关键点位移的监测分析了锚杆的锚固效应。 相似文献
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岩溶化裂隙岩体是普遍发育于自然界中具有初始损伤的岩体。为了研究岩溶化裂隙岩体损伤破坏特征,本文以贵州某地赋存的溶蚀岩体为研究对象,运用损伤力学理论构建岩溶化裂隙岩体在单轴压缩条件下的损伤演化模型,并建立岩溶化裂隙岩体损伤演化方程。采用颗粒流数值软件进行单轴压缩数值试验,进一步研究岩溶化裂隙岩体试件在单轴压缩条件下的损伤演化特征,分析岩溶化裂隙岩体的微观损伤特征。结果表明:岩溶化裂隙岩体的初始损伤主要包括溶蚀损伤和裂隙损伤。岩溶化裂隙岩体的初始损伤随着溶蚀率的增加而增加,最终增加速率趋于平缓;岩溶化裂隙岩体的损伤演化曲线均呈“S”型变化,先缓慢增加,再迅速增加,最后缓慢增加至损伤值1;岩溶化裂隙岩体存在异构特征,导致破坏裂隙起源于具有初始损伤的溶蚀孔洞和裂隙处,随后裂隙经历萌发、扩张和剪切作用、数量和长度增加以及裂隙贯通4个阶段后发生宏观破坏。 相似文献
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煤矿的开采利用给国民经济发展带来巨大的收益,但也引发了许多环境地质问题,特别在煤层开采过程中,煤层上覆基岩变形破坏形成的裂隙通道极易发生矿井涌（突）水事故,时刻威胁着井下工人的生命安全。本文以灵新煤矿051505工作面为研究对象,利用Flac3D数值模拟软件,对14号主采煤层上覆基岩导水裂隙带高度进行了模拟研究。模拟结果表明：当煤层开采厚度为2.5 m时,导水裂隙带发育最大高度为59.5 m。同时选取经验公式法对导水裂隙带高度进行了计算。最终通过钻孔实测法得到的结果与前两种方法对比分析,数值模拟结果与钻孔实测结果基本吻合,认为数值模拟方法能够高效、简单、合理达到预测导水裂隙带高度的目的,也为同类矿井安全、绿色生产提供一定的借鉴。 相似文献
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When rock failure is unavoidable, the designer of engineering structures must know and account for the residual strength of the rock mass. This is particularly relevant in underground coal mine openings. Pre-existing discontinuities play an important role in the mechanical behavior of rock masses and thus it is important to understand the effects of such pre-existing discontinuities on the residual strength. For this purpose, the present study demonstrates a numerical analysis using a discrete element method simulation. The numerical results indicate that fracture intensity has no significant influence on the residual strength of jointed rock masses, independent of confining conditions. As confining pressures increase, both peak and residual strengths increase, with residual strength increasing at a faster rate. The finding was further demonstrated by analyzing documented laboratory compressive test data from a variety of rocks along with field data from coal pillars. A comprehensive interpretation of the finding was conducted using a cohesion-weakening-friction-strengthening (CWFS) model. The effect of rock bolts on rock mass strength was also evaluated by using a discrete element method model which suggested that rock bolts can significantly increases residual strength but have limited effect on increasing the peak strength of rock masses. 相似文献
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Effect of Tunnel Shape and Support System on Stability of a Tunnel in a Deep Coal Mine in China 总被引：1，自引：1，他引：0
Zhengxing Yu Pinnaduwa H. S. W. Kulatilake Fuxing Jiang 《Geotechnical and Geological Engineering》2012,30(2):383-394
Stability level of tunnels that exist in an underground mine has a great influence on the safety, production and economic
performance of the mine. Ensuring of stability for soft-rock tunnels is an important task for deep coal mines located in high
in situ stress conditions. The aim of this study is to investigate the effect of tunnel shape and support pattern on the deformation,
failure zone and stability around a tunnel located in a coal rock mass in China and to select an appropriate tunnel shape
and a support pattern to provide a stable stress-deformation condition around the tunnel. Using the available information
on stratigraphy, geological structures, in situ stress measurements and geo-mechanical properties of intact rock and discontinuity
interfaces, a three-dimensional numerical model was built using the FLAC software to simulate the stress conditions around
the tunnel in the coal rock mass. Analyses were conducted for several tunnel shapes and rock support patterns. Results obtained
for the distribution of failed zones, and stress and displacement fields around the tunnel were compared to select the best
tunnel shape and support pattern to achieve the optimum stability conditions. Also, a comparison is given between the numerical
predictions and field deformation monitoring results. 相似文献
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注浆堵水是地下工程和矿山水害防控的常用技术措施,但是,目前浆液扩散机理与采动效应的研究滞后于工程实践的要求,制约了注浆工程科学有效地实施。本文跟踪裂隙岩体中注浆浆液扩散研究,受裂隙地下水“偏流效应”启发,提出了深部矿山裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流效应的命题,包括2个关键科学问题: 裂隙岩体动水注浆浆液扩散偏流机理、偏流形成的“浆-岩”组合体采动变形破坏和渗透性变化机理。结合研究趋势,提出了跨学科综合研究方法。以典型矿山注浆防治水工程为背景,研究深部矿山水文地质结构及其采动时空演化,揭示裂隙岩体动水条件下注浆浆液扩散偏流机理及其影响因素,获得裂隙岩体内帷幕注浆形成的三维异形“浆-岩”组合体形态和力学特性,建立浆液偏流扩散数学模型,构建“浆-岩”组合体渗透性采动效应评价方法,为深部矿山水害防治和安全生产提供科学基础。 相似文献