检索结果-南通市图书馆

基于多源信息表征的深部巷道围岩结构灾变演化机理

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煤炭学报 2023年第1期48卷 163-176页

作者：靖洪文赵振龙吴疆宇中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 临沂大学土木工程与建筑学院山东临沂276000

深部煤炭资源开采的强度和深度不断增加,深部巷道围岩的结构性失稳灾变问题日趋严峻、复杂,严重制约深部煤炭安全高效开采。鉴于深部巷道围岩结构变形失稳的渐进演化过程中释放多物理场响应信息,采用自主研制的深部地下工程结构变形失... 详细信息

深部煤炭资源开采的强度和深度不断增加,深部巷道围岩的结构性失稳灾变问题日趋严峻、复杂,严重制约深部煤炭安全高效开采。鉴于深部巷道围岩结构变形失稳的渐进演化过程中释放多物理场响应信息,采用自主研制的深部地下工程结构变形失稳全过程模拟试验系统,配合声发射、并行电法、电磁辐射等监测系统,研究基于多源信息表征的深部巷道围岩结构灾变演化机理。开展了完整、层状和块状3种结构围岩的破坏性物理模型试验,利用声、电、磁多源信息演化规律对不同结构围岩的荷载-位移全过程进行了定量化评价和多源信息表征,从荷载-位移全程曲线、多源信息响应规律、围岩峰后损伤特性3个角度综合揭示了不同结构围岩的灾变演化及变形失稳机制。研究结果表明:(1)随着围岩完整性的降低,围岩由塑性破坏向脆性破坏转变,其变形破坏过程的波动性和渐进式破坏特征更加显著,层状和块状结构围岩的物理模型峰值承载能力相比于完整结构分别降低4.73%和20.73%;(2)与完整结构围岩的声、电、磁多源信息的连续性响应过程不同,层状和块状结构围岩呈现出阶段式响应规律且特征值更突出,尤其块状结构围岩的阶段跳跃性现象显著;(3)完整、层状和块状结构围岩的裂隙发育区面积依次为448.84、651.76和824.49 cm^(2),即随着围岩结构完整性的降低,裂隙发育区面积不断增大,在本研究中增大范围在1.5~1.9倍;(4)围岩的破坏失稳由完整结构的强度控制型向块状结构的结构控制型转变,而层状结构表现出强度-结构联合控制特征,围岩破坏失稳的结构效应越来越显著。

关键词：灾变演化围岩结构深部巷道多源信息荷载-位移全过程

级配饱和破碎岩石压缩变形与分形特性试验研究

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采矿与安全工程学报 2016年第2期33卷 342-347页

作者：郁邦永陈占清吴疆宇中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221116

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论：1）矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似... 详细信息

综合利用MTS816.03试验系统与自制的破碎岩石压缩装置进行了不同岩性饱和破碎岩石的压缩试验,分析了岩性、轴向应力、粒径配比和加载速率4种影响因素下试样的压缩变形与分形特性。得出以下结论：1）矸石、泥岩和砂岩试样的压缩过程相似且可分为2个阶段,即为0~4MPa的快速变形阶段和4 MPa后的缓慢变形阶段;而灰岩试样的压缩过程变形速率均匀。2）在相同粒径配比条件下,随着轴向应力的增大,砂岩分形维数单调增大,岩石颗粒破碎程度加剧。轴向应力与分形维数之间关系可用指数函数拟合。3）在试样压缩过程中,Talbol幂指数越大,试样轴向位移越大;加载速率越大,试样轴向位移越小。4）在12 MPa轴向应力下,Talbol幂指数越大,试样压缩后的分形维数增量越大,被压碎的岩石颗粒越多;加载速率越大,试样分形维数越大,破碎程度越低。

关键词：粒径配比饱和破碎岩石压缩变形分形维数

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考虑渗流效应的盾构始发井土压力研究

中国矿业大学学报 2016年第5期45卷 930-936页

作者：冯梅梅吴疆宇王忠昶中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室力学与建筑工程学院江苏徐州221116 大连交通大学土木与安全工程学院辽宁大连116021

采用统一强度理论推导出极限状态条件下考虑渗流效应的土压力计算公式,引入了中主应力对土压力的影响参数b,提出了与各土层物理力学参数相关的系数ξ,研究了某盾构始发井围护工程土压力的分布特征.结果表明:影响参数b不同,中主应力对土... 详细信息

采用统一强度理论推导出极限状态条件下考虑渗流效应的土压力计算公式,引入了中主应力对土压力的影响参数b,提出了与各土层物理力学参数相关的系数ξ,研究了某盾构始发井围护工程土压力的分布特征.结果表明:影响参数b不同,中主应力对土压力的计算结果影响程度不同,b值愈大,主动土压力pa愈小,引起土压力值的最大差异可达18%;渗流效应对地下连续墙侧的水土压力影响较大,与未考虑渗流的计算结果相比,最大差异可达20%;系数ξ与土层的水力梯度相关,其计算多层土时的水压力分布呈非线性,得到的总压力值更接近实际情况.

关键词：基坑工程水土压力统一强度理论中间主应力渗流

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水力压裂对末采矿压显现规律的影响研究

采矿与安全工程学报 2023年第4期40卷 714-721页

作者：林志斌李亚超吴疆宇杨永河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 鹤壁中泰矿业有限公司河南鹤壁458000

为研究水力压裂对工作面末采矿压显现规律的影响,以隆德煤矿213综采工作面为背景,采用FLAC3D建立其末采数值模型,考虑水力压裂前后岩体的力学变化特征,对比分析了有无水力压裂对末采悬顶长度以及矿压的影响,在此基础上设计了213综采工... 详细信息

为研究水力压裂对工作面末采矿压显现规律的影响,以隆德煤矿213综采工作面为背景,采用FLAC3D建立其末采数值模型,考虑水力压裂前后岩体的力学变化特征,对比分析了有无水力压裂对末采悬顶长度以及矿压的影响,在此基础上设计了213综采工作面水力压裂方案,实测了工作面矿压以及回撤巷道变形。数值计算结果表明,无水力压裂条件下,213综采工作面顶板岩体在末采贯通阶段周期来压步距约为10~15 m,采空区上方岩体悬顶长度约为13 m;而水力压裂条件下周期来压步距则减小为5~10 m,悬顶长度减少为5 m。现场开展末采水力压裂施工后,工作面剩余可采长度为4~6 m发生周期来压,卸压区平均支架工作阻力减小9.7%;回撤巷道顶底板移近速度在工作面剩余可采长度低于26 m时由缓慢变形阶段的2.5~5.7 mm/d增加至快速变形阶段的13.0~66.9 mm/d。水力压裂在末采阶段的实施,有效控制了工作面的悬顶长度,成功实现了工作面的安全开采,切实保证了末采撤架工作的顺利完成。

关键词：末采贯通阶段水力压裂矿压显现回撤巷道数值模拟

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预制双圆形孔洞砂岩强度与变形破坏特征

煤炭学报 2017年第4期42卷 871-878页

作者：韩观胜靖洪文苏海健朱谭谭杜明瑞熊飞吴疆宇中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 重庆大学土木工程学院重庆400045

岩石材料由于其天然形成过程的复杂性,内部赋存了大量的微裂隙、孔洞等缺陷。为研究岩石孔洞之间的相互作用机制及孔洞对岩石力学行为的影响,分别对不同次孔洞直径和不同孔洞几何布置的双圆形孔洞砂岩试样进行单轴压缩试验,以获得其强... 详细信息

岩石材料由于其天然形成过程的复杂性,内部赋存了大量的微裂隙、孔洞等缺陷。为研究岩石孔洞之间的相互作用机制及孔洞对岩石力学行为的影响,分别对不同次孔洞直径和不同孔洞几何布置的双圆形孔洞砂岩试样进行单轴压缩试验,以获得其强度、变形及破裂演化规律。试验结果表明,随着孔心连线与水平方向倾角α的增大,试样峰值强度和弹性模量均呈先减小后增大的趋势,在α为30°和90°时分别达到最小值和最大值;随着次孔洞直径d的增大,峰值强度和弹性模量均呈逐渐减小的趋势。双圆形孔洞砂岩的破坏形式受到倾角α和次孔洞直径d的影响,主要表现在起裂形式、主孔洞破裂形式及主次孔贯通模式三个方面。随着倾角α的增大,主次圆孔间的相互作用先逐渐增强后又有所衰减,而随着次孔洞直径d的增大,主次圆孔间的相互作用逐渐增强,这在双圆孔的贯通模式上得到了很好的印证。

关键词：岩石力学双圆形孔洞强度参数破坏形态声发射

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侧限条件下陷落柱破碎岩体的渗流特性研究

采矿与安全工程学报 2020年第5期37卷 1045-1053页

作者：张勃阳林志斌吴疆宇侯明姣河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 山东正元地质资源勘查有限责任公司山东济南250013

采动影响下陷落柱内部破碎岩体极易发生二次破坏,造成孔隙度和分形维数同时改变,致使其渗透率突变而引发突水灾害。基于此,现场开展陷落柱取样,按相同质量比配制陷落柱和石灰岩试样,测试并分析其孔隙度、分形维度以及渗透率在有侧限单... 详细信息

采动影响下陷落柱内部破碎岩体极易发生二次破坏,造成孔隙度和分形维数同时改变,致使其渗透率突变而引发突水灾害。基于此,现场开展陷落柱取样,按相同质量比配制陷落柱和石灰岩试样,测试并分析其孔隙度、分形维度以及渗透率在有侧限单轴压缩条件下的变化影响规律。研究表明:1)陷落柱和石灰岩试样的孔隙度均随轴压的增大呈指数衰减式减小,但陷落柱试样孔隙度的减小幅度比略大于石灰岩;2)当轴压小于6 MPa时,破碎岩体分形维数随轴压变化明显,尤其是陷落柱试样,其分形维数变化率可达18.5%,而石灰岩仅为9.3%;3)引入分形维度对破碎岩体渗透率与孔隙度的表达式进行修正,较好地描述了陷落柱在不同轴压下渗透行为的演化特征。

关键词：陷落柱破碎岩体侧限单轴压缩孔隙度分形维度

结构体围岩变形破裂演化全过程力电磁声多源信息响应试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第7期42卷 1582-1598页

作者：靖洪文吴疆宇尹乾孟波邹凤祥中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为研究结构体围岩变形破裂演化全过程力电磁声多源信息响应,探索岩基块体和结构界面相互作用下围岩变形演化过程与围岩灾害的内在关联,以山东某煤矿一采区掘进煤巷为工程背景,依托自主研制的巷道围岩模型试验系统,结合内部应力、表面位... 详细信息

为研究结构体围岩变形破裂演化全过程力电磁声多源信息响应,探索岩基块体和结构界面相互作用下围岩变形演化过程与围岩灾害的内在关联,以山东某煤矿一采区掘进煤巷为工程背景,依托自主研制的巷道围岩模型试验系统,结合内部应力、表面位移、电磁辐射、电阻率、超声波、钻孔窥视内部裂隙、三维层析成像等多源信息监测,开展不同支护强度下结构体围岩承载全过程的大尺度物理模型试验研究。结果表明:无支护结构体围岩承载过程中表现出与结构面剪切滑移高度相关的脆性破坏特征。相比之下,锚杆索支护抑制结构面剪切滑移、结构体位错偏转大大强化了模型的峰值强度与峰值应变,数值相差近1倍,并有效弱化了模型峰前的应力跌落。无支护结构体围岩存在内部应力随加载时间直接衰减的情况,其位移场具有明显的块体结构变形特征,而支护结构体围岩表现出更明显的压力拱效应,且块体结构变形特征随着支护强度的提高逐渐弱化。与无支护相比,支护结构体围岩的电磁辐射强度数值更高、电磁辐射脉冲波动更显著,这是由于锚固作用导致无支护条件下岩基沿结构面剪切滑移向支护条件下锚固岩基块体碎胀变形转变,抑制了块体岩基沿结构面滑移诱导的结构大变形。采用视电阻率量化评估围岩的破坏程度,无支护结构体围岩的高阻区面积占模型的18.46%,而锚杆索支护结构体围岩的高阻区面积仅占模型的9.94%,与由超声波速反馈得到围岩松动圈基本一致。随着支护强度的增大,围岩内部裂隙发育与顶板离层量明显减小,其失稳破坏归结于浅部锚固结构失去护表作用、深部结构体出现错动滑移。

关键词：岩石力学结构体围岩锚杆索支护变形破坏多源信息承载能力

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溶蚀作用对破碎泥岩渗透特性的影响

哈尔滨工业大学学报 2019年第2期51卷 117-125页

作者：吴疆宇冯梅梅陈占清郁邦永韩观胜深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(中国矿业大学) 江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

为研究溶蚀作用对破碎岩石渗透特性的影响,研制一种可测量质量流失条件下破碎岩石渗透特性的试验系统.在破碎泥岩的渗透试验中掺入岩盐模拟自然条件下存在的溶蚀现象,加速溶蚀过程.讨论溶蚀作用下破碎泥岩渗透特性的演化规律,分析溶蚀... 详细信息

为研究溶蚀作用对破碎岩石渗透特性的影响,研制一种可测量质量流失条件下破碎岩石渗透特性的试验系统.在破碎泥岩的渗透试验中掺入岩盐模拟自然条件下存在的溶蚀现象,加速溶蚀过程.讨论溶蚀作用下破碎泥岩渗透特性的演化规律,分析溶蚀作用下渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径对破碎泥岩渗透特性的影响.结果表明:溶蚀作用导致破碎岩石内易溶物质和细小颗粒的流失极易破坏岩样内部的孔隙结构和骨架结构,由此造成结构内部导水通道的扩大和渗透参数的突增.其渗透参数基本与渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径呈正相关关系.且对于渗透压力较大、岩盐质量较高和泥岩颗粒粒径较大的岩样,由于溶蚀作用的存在容易发生更明显的导水通道扩大现象.此外,在岩样的渗流过程中,也存在由于颗粒迁移导致的导水通道堵塞造成的渗透参数逐渐减小的现象.

关键词：渗流破碎岩石溶蚀质量流失颗粒迁移

深部矩形底煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征研究

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采矿与安全工程学报 2022年第1期39卷 82-93页

作者：靖洪文吴疆宇孟波尹乾赵振龙中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

为研究深部矩形煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征,以山东龙郓煤矿深部矩形底煤巷为背景,采用自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,从宏观尺度研究矩形底煤巷锚固围岩承载全过程的应力、变形和电磁辐射特征,获得锚杆... 详细信息

为研究深部矩形煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征,以山东龙郓煤矿深部矩形底煤巷为背景,采用自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,从宏观尺度研究矩形底煤巷锚固围岩承载全过程的应力、变形和电磁辐射特征,获得锚杆支护和锚杆索支护模型的峰值强度比无支护模型分别增强31.49%和45.56%,其峰值位移同样增长76.00%和113.71%才破坏失稳的结论。在此基础上,通过颗粒流软件PFC2D建立锚杆索加固巷道围岩的“两介质-四界面”模型,并实现模型承载全过程不同位置测点的实时应力监测;从细观层面揭示不同支护方式下巷道围岩破坏失稳全过程内部的应力演化和裂纹发育规律,建立以锚固围岩的裂纹分布表征结构损伤程度的巷道失稳风险模型。结果表明,裂纹分布分形维数在无支护和锚杆支护模型达到其峰值强度的30%和70%前即已达1.3以上,具有巷道失稳风险。而锚杆索支护模型在整个承载过程中的裂纹分布分形维数始终低于1.3,表明巷道是稳定的。巷道锚固围岩破坏失稳的根本原因是首先始于锚固端岩体围岩的力链断裂和内部应力跌落,并逐渐向深部岩体和表层围岩2个方向发展。为此,提出阻断力链断裂和内部应力跌落的深部底煤巷“强帮护顶”支护原则,为深部煤巷防治片帮冒顶提供了新思路。

关键词：深部煤巷锚固结构变形破坏宏细观颗粒流