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考虑矿物晶内结构特征的深部硬岩颗粒离散元模型与分析

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煤炭学报 2021年第S02期46卷 749-758页

作者：张乘菡由爽纪洪广北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

岩石材料的宏观力学性能受到其细观结构的控制作用,随着岩石多尺度力学研究的不断深入,具有颗粒可破碎特性的颗粒离散元模型逐渐成为该研究领域的有力工具。以往的研究较少考虑晶内网格形态与岩石矿物晶体结构的对应关系,关于晶内网格... 详细信息

岩石材料的宏观力学性能受到其细观结构的控制作用,随着岩石多尺度力学研究的不断深入,具有颗粒可破碎特性的颗粒离散元模型逐渐成为该研究领域的有力工具。以往的研究较少考虑晶内网格形态与岩石矿物晶体结构的对应关系,关于晶内网格形态对颗粒模型计算结果影响规律的研究也相对缺乏,这不利于模型的进一步精细化构建以及对不同模型计算结果的对比分析。在已有研究的基础上,采用Neper插件结合通用离散元程序,并综合考虑矿物晶体的解理特性构建了6种晶内网格划分模式。基于单轴压缩模拟试验分析了不同划分方式对计算结果的影响作用。结果表明,所提出的晶内网格构建方式可以再现矿物颗粒的解理特征,为离散元模型的精细化构建提供了多种选择;晶内网格形态差异对抗压强度的影响最明显,而对泊松比和弹性模量的影响较小;宏观力学参数的稳定性受子颗粒形状和晶内路径方向均匀度的共同影响,其中子颗粒形状的影响更为显著;微裂纹的数量主要与子颗粒几何特征有关,多边形子颗粒相比于三角形子颗粒更易引发岩石破坏时微裂纹总体数量的增加;子颗粒圆形度的增加会减弱颗粒间的互锁作用,从而导致裂纹数量降低。因此,在使用岩石颗粒离散元模型时应充分考虑模型构建方法对于计算结果的影响作用,从而提高仿真计算的可靠度。

关键词：深部硬岩细观结构离散元方法颗粒模型晶体解理微裂纹

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不整合地层下煤层开采覆岩裂隙场发育特征

煤炭学报 2011年第11期36卷 1795-1800页

作者：张燕纪洪广王金安北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

以宁夏石嘴山矿西区3号煤层开采为工程背景,采用相似模型试验、数值模拟计算,研究深部不整合覆岩下煤层开采所引起的裂隙发育特征,并对两种方法分别得到的裂隙带形态进行对比分析。由于煤系地层与上覆地层不整合,开采扰动后应力重分布... 详细信息

以宁夏石嘴山矿西区3号煤层开采为工程背景,采用相似模型试验、数值模拟计算,研究深部不整合覆岩下煤层开采所引起的裂隙发育特征,并对两种方法分别得到的裂隙带形态进行对比分析。由于煤系地层与上覆地层不整合,开采扰动后应力重分布及覆岩裂隙发育具有其特殊性。研究发现:煤层开采过程中,采空区周围出现"应力拱";地层不整合面的存在阻隔了煤层开挖引起的应力重分布时的应力传递,使开采扰动后主应力在不整合面下方局部呈现应力集中现象,从而使不整合面下方附近岩体的破坏程度加剧,使裂隙带最终形态为"左高右低"的非对称"马鞍形"。

关键词：不整合地层深部煤层开采覆岩裂隙应力拱 UDEC

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不整合地层下开采覆岩移动变异性研究

煤炭学报 2010年第8期35卷 1235-1241页

作者：王金安纪洪广张燕北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

根据采区地层不整合特点,通过相似材料模拟和数值模拟方法对不整合地层下开采覆岩运动与破坏特征进行了研究。研究发现,不整合面附近地层存在"应力屏蔽"现象,采空区上部压力拱形态发生畸变,呈现出非对称、非规则的压力拱结构形态。覆岩... 详细信息

根据采区地层不整合特点,通过相似材料模拟和数值模拟方法对不整合地层下开采覆岩运动与破坏特征进行了研究。研究发现,不整合面附近地层存在"应力屏蔽"现象,采空区上部压力拱形态发生畸变,呈现出非对称、非规则的压力拱结构形态。覆岩移动变形出现明显差异,导致地表移动盆地反向偏移。研究给出不整合地层下开采覆岩移动破坏与导水性特征分区。

关键词：不整合地层开采覆岩移动变异性应力屏蔽

岩石非均质程度对水压致裂地应力测试方法影响的分析与讨论

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地质力学学报 2023年第3期29卷 365-374页

作者：陈东升纪洪广袁永忠李芹涛北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 莱州汇金矿业投资有限公司山东烟台261400

准确揭示原位地应力状态,对地下工程开挖支护设计和长期稳定性分析等具有十分重要的意义。利用水压致裂技术开展了纱岭金矿主竖井地应力测试工作,获得了20个测段地应力状态;室内进行了主竖井测试孔岩芯的岩石力学试验,包括巴西劈裂试验... 详细信息

准确揭示原位地应力状态,对地下工程开挖支护设计和长期稳定性分析等具有十分重要的意义。利用水压致裂技术开展了纱岭金矿主竖井地应力测试工作,获得了20个测段地应力状态;室内进行了主竖井测试孔岩芯的岩石力学试验,包括巴西劈裂试验、单轴压缩试验及声发射监测试验,获得了岩石空间非均质度和强度分布特征,并分析了岩石非均质度与水压致裂测试结果的关系。结果表明:主应力大小随测量深度近似呈线性增大,测试孔的最大水平主应力值为20.78~45.20 MPa,最小水平主应力值为14.94~35.33 MPa,平均最大水平主应力方向为NW65°;测试孔岩芯各层位非均质度不同,变辉长岩非均质度系数为0.1~0.3,且岩石不同强度条件下声发射信号数量变化不显著,岩石离散度较小,花岗岩非均质度系数最高,可达1.0,以加载后期强相破裂产生的声发射信号为主;岩石非均质度影响水压致裂裂纹的扩展方向,扩展方向和最大水平主应力方向的夹角φ影响着最大、最小水平主应力的测量结果,且对最小水平主应力的影响尤为显著。分析水压致裂测量结果与岩石性质之间的关系,对精确探测非均质地层的地应力场分布规律具有一定的指导作用。

关键词：深部地层原位地应力水压致裂法岩石非均质度岩石力学试验

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大型异形体组合结构抗震性能

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2017年第8期36卷 819-824页

作者：陈建强纪洪广北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

为研究由不同材料构成的大型异性体组合结构的抗震性能,采用通用有限元分析及设计软件MIDAS/Gen对底部为规则混凝土框架结构、上部为圆柱形闭合钢架结构的组合结构建立了分析模型,采用组阻尼考虑不同材料阻尼比的影响,对整体结构进行抗... 详细信息

为研究由不同材料构成的大型异性体组合结构的抗震性能,采用通用有限元分析及设计软件MIDAS/Gen对底部为规则混凝土框架结构、上部为圆柱形闭合钢架结构的组合结构建立了分析模型,采用组阻尼考虑不同材料阻尼比的影响,对整体结构进行抗震反应谱分析,计算水平地震作用下结构的位移与受力情况.研究结果表明:不同的结构类型会使组合结构产生较大变形,应采取有效措施;不同材料组成的组合结构,应考虑组阻尼对结构的影响.

关键词：混凝土框架-钢结构组合结构异形体抗震性能 MIDAS/Gen 反应谱分析组阻尼

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矿井不明水体突出过程的微震辨识技术

岩石力学与工程学报 2010年第1期29卷 134-139页

作者：李铁纪洪广北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

以采动岩体微破裂产生的弹性波为信息源,应用弹性波与岩体破裂的相关理论与技术,探索地下采空区不明水体的蓄积和成灾过程。经研究发现,在突水灾害前存在确切的弹性波波速比VP/VS低值异常、振幅比VSH/VPH高值异常、震动主频低值异常、... 详细信息

以采动岩体微破裂产生的弹性波为信息源,应用弹性波与岩体破裂的相关理论与技术,探索地下采空区不明水体的蓄积和成灾过程。经研究发现,在突水灾害前存在确切的弹性波波速比VP/VS低值异常、振幅比VSH/VPH高值异常、震动主频低值异常、波形变异以及隔水岩墙主破裂发生前的微震频度异常。由此提出应用地面微震遥测技术,通过在线监测和分析采动岩体破裂被动震源或增设爆破主动震源所携带的信息,预测矿井不明水体突出灾害的技术思路,达到空间上控制全矿井范围的宏观监测、时间上在线连续监测和远离危险源的安全监测之目的。

关键词：采矿工程煤矿突水微震监测技术预测

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岩石蠕变的热力学本构模型及应用分析

中国矿业大学学报 2016年第3期45卷 507-513页

作者：由爽张志超纪洪广北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 重庆大学土木工程学院重庆400044 清华大学土木工程系北京100084

通过建立一个基于非平衡态热力学的岩石黏-弹-塑性本构模型,用以分析岩石的蠕变变形和蠕变失稳问题.该模型不同于经典弹-塑性模型,从可逆、不可逆能量过程及能量的涨落出发,推导得到了可统一描述岩石黏-弹-塑性行为的本构关系,无需屈服... 详细信息

通过建立一个基于非平衡态热力学的岩石黏-弹-塑性本构模型,用以分析岩石的蠕变变形和蠕变失稳问题.该模型不同于经典弹-塑性模型,从可逆、不可逆能量过程及能量的涨落出发,推导得到了可统一描述岩石黏-弹-塑性行为的本构关系,无需屈服面、流动法则等概念.它通过将应力划分为弹性应力和黏滞应力来描述岩石的黏-弹性行为,而通过耗散流和涨落运动的概念来描述岩石的黏-塑性行为.分析表明,该模型可以反映岩石在高围压下延性破坏、在低围压下脆性破坏的特征,同时也可较好地预测岩石的蠕变变形和蠕变失稳规律,并可较好地阐述其中的物理机制.

关键词：岩石蠕变黏-弹-塑性本构蠕变失稳砂岩

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金矿采场环境因素变化分析及灰色聚类评价

中国安全科学学报 2018年第9期28卷 142-147页

作者：张天宝纪洪广李颂北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 山东黄金归来庄矿业有限公司山东临沂273300

为改善地下采场环境状况,保护作业人员安全与健康,利用灰色聚类模型(GCM),研究山东某金矿地下采场环境质量随采深的变化。监测并调查金矿-30、-70、-110、-150、-190、-230和-300m水平的7个采场中O2、CO2、温度、相对湿度、粉尘、有毒... 详细信息

为改善地下采场环境状况,保护作业人员安全与健康,利用灰色聚类模型(GCM),研究山东某金矿地下采场环境质量随采深的变化。监测并调查金矿-30、-70、-110、-150、-190、-230和-300m水平的7个采场中O2、CO2、温度、相对湿度、粉尘、有毒气体、噪声及照度等采场环境指标,研究采场环境中单一指标随采深增加的变化趋势;运用GCM及G1法定权综合评价采场环境并分级;对该矿生产人员进行采场环境主观满意度问卷调查。结果表明:采场综合环境质量等级(EQGs)随采深增加而降低;问卷调查结果与灰色聚类评价结果有较好的一致性。

关键词：金矿采场环境因素灰色聚类模型(GCM) G1法综合评价

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超大型三维有限元模型的快速可视化算法

图学学报 2012年第4期33卷 13-19页

作者：邹静纪洪广清华大学水利水电工程系北京100084 北京科技大学土木与环境学院北京100083

针对超大型三维有限元模型的特点,总结了其可视化任务的基本需求和关键算法。由此分别为网格、单元、剖面可视化,以及绘制彩色云图等不同任务,编制了结构简单、运行可靠的快速显示算法。通过具体工程实例与典型商业程序的对比验证,初步... 详细信息

针对超大型三维有限元模型的特点,总结了其可视化任务的基本需求和关键算法。由此分别为网格、单元、剖面可视化,以及绘制彩色云图等不同任务,编制了结构简单、运行可靠的快速显示算法。通过具体工程实例与典型商业程序的对比验证,初步证明了该算法的可行性和优越性,有助于简化超大型有限元程序的编写过程。

关键词：三维有限元可视化彩色云图实体切割