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Mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression

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International Journal of Mining Science and Technology 2016年第4期26卷 601-607页

作者： zong yijiang Han Lijun Wei Jianjun Wen Shengyong State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining and Technology Xuzhou 221116 China Jiangsu Collaborative Innovation Center for Building Energy Saving and Construction Technology Jiangsu Jianzhu Institute Xuzhou 221116 China

To study the mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression, we analyzed the stress strain curve characteristics, deformation and strength properties, and failure process and characteristics of sandstone samples under different stress states. The experimental results reveal that peak strength, residual strength, elasticity modulus and deformation modulus increase linearly with confining pressure, and failure models transform from fragile failure under low confining pressure to ductility failure under high confining pressure. Macroscopic failure forms of samples under uniaxial compression were split failure parallel to the axis of samples, while macroscopic failure forms under uniaxial compression were shear failure, the shear failure angle of which decreased linearly with confin- ing pressure. There were significant volume dilatation properties in the loading process of sandstone under different confining pressures, and we analyzed the damage evolution properties of samples based on acoustic emission damage and volumetric dilatation damage, and established damage constitutive model, realizing the real-time Quantitative evaluation of samnles damage state in loading process.

关键词： Rock mechanics Mechanical properties Dilatation Damage evolution Failure characteristics

Mechanical properties and failure characteristics of fractured sandstone with grouting and anchorage

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International Journal of Mining Science and Technology 2014年第2期24卷 165-170页

作者： zong yijiang Han Lijun Qu Tao Yang Shengqi State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering China University of Mining & Technology Jiangsu Jianzhu Institute Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute

Based on uniaxial compression experimental results on fractured sandstone with grouting and anchorage, we studied the strength and deformation properties, the failure model, crack formation and evolution laws of fractured sandstone under different conditions of anchorage. The experimental results show that the strength and elastic modulus of fractured sandstone with different fracture angles are significantly lower than those of intact sandstone. Compared with the fractured samples without anchorage,the peak strength, residual strength, peak and ultimate axial strain of fractured sandstone under different anchorage increase by 64.5–320.0%, 62.8–493.0%, and 31.6–181.4%, respectively. The number of bolts and degree of pre-stress has certain effects on the peak strength and failure model of fractured sandstone. The peak strength of fractured sandstone under different anchorage increases to some extent, and the failure model of fractured sandstone also transforms from tensile failure to tensile–shear mixed failure with the number of bolts. The pre-stress can restrain the formation and evolution process of tensile cracks, delay the failure process of fractured sandstone under anchorage and impel the transformation of failure model from brittle failure to plastic failure.

关键词： Fractured rock mass Anchorage properties Peak strength Crack propagation Failure characteristics

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下伏开采软岩巷道底鼓机理与控制技术

矿业安全与环保 2017年第1期44卷 53-57页

作者：宗义江高杰江苏建筑职业技术学院能源与交通工程学院江苏徐州221116 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

综合运用现场实测、数值模拟与工程实践等手段,分析了磴槽煤矿下伏煤层开采软岩巷道围岩的变形破坏特点,揭示了下伏开采软岩巷道底鼓机理:下伏煤层采动使巷道底板成为碎裂结构,并致使巷道两帮产生收敛变形挤压底板;破碎的巷道底板在地... 详细信息

综合运用现场实测、数值模拟与工程实践等手段,分析了磴槽煤矿下伏煤层开采软岩巷道围岩的变形破坏特点,揭示了下伏开采软岩巷道底鼓机理:下伏煤层采动使巷道底板成为碎裂结构,并致使巷道两帮产生收敛变形挤压底板;破碎的巷道底板在地应力和集中应力共同作用下向巷道内移动,形成底鼓。提出了由预留变形量、初次高性能锚网喷支护、锚注二次加固、底角高性能锚固与注浆加固组成的底鼓控制技术。工程应用效果表明,所提出的底鼓控制技术有效地控制了巷道底鼓,保证了巷道围岩和支护结构的稳定,可为其他下伏开采软岩巷道的支护设计与底鼓控制提供理论依据和实践参考。

关键词：深井软岩巷道下伏开采变形破坏底鼓机理底鼓控制

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花岗岩循环加热水冷却后力学特征试验研究

矿业研究与开发 2020年第5期40卷 113-118页

作者：朱栋宗义江张修峰中国矿业大学江苏徐州市221100 江苏建筑职业技术学院江苏徐州市221100

为研究花岗岩在循环加热和水冷却条件下的力学特性,将试样加热至预设温度后进行快速水冷却,采用单轴压缩试验和巴西劈裂试验研究了温度及加热水冷却循环次数对花岗岩试样的力学特性影响规律,并对试样破坏机制进行了探讨。研究结果表明:... 详细信息

为研究花岗岩在循环加热和水冷却条件下的力学特性,将试样加热至预设温度后进行快速水冷却,采用单轴压缩试验和巴西劈裂试验研究了温度及加热水冷却循环次数对花岗岩试样的力学特性影响规律,并对试样破坏机制进行了探讨。研究结果表明:试样的基本力学参数均随温度的升高和循环次数的增加呈劣化趋势,其中温度对试样的劣化程度起控制作用;随温度和循环次数的增加,试样由脆性特征向塑性特征转化,其破坏形式由劈裂破坏向片状和颗粒剥落转化,试样颜色由灰白色向淡黄色转变。

关键词：花岗岩循环加热水冷却力学特征破坏模式

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深埋背斜软层巷道围岩稳定性演化规律研究

采矿与安全工程学报 2017年第3期34卷 495-503页

作者：高圣元赵维生赵铁林宗义江煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 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 江苏建筑职业技术学院江苏徐州221116

针对深埋背斜构造软岩地层巷道围岩的稳定性问题,通过70组数值模型并结合现场试验,研究了在深埋背斜构造的软岩地层中开挖巷道后,围岩稳定性表征变量随应力场和巷道轴向布置角度α变化的演化规律,揭示了深埋背斜构造软岩地层中巷道位置... 详细信息

针对深埋背斜构造软岩地层巷道围岩的稳定性问题,通过70组数值模型并结合现场试验,研究了在深埋背斜构造的软岩地层中开挖巷道后,围岩稳定性表征变量随应力场和巷道轴向布置角度α变化的演化规律,揭示了深埋背斜构造软岩地层中巷道位置布置与轴向角度设计对巷道围岩的稳定性影响。结果表明:1)背斜构造中巷道布置位置和轴向布置角度α的变化均对围岩稳定性产生明显影响,且后者的影响更加显著;2)背斜构造中两翼处的围岩稳定性高于脊线附近,在进行巷道布置设计时,应综合考虑位置与轴向角度对围岩稳定性的影响,并将巷道布置在有利于围岩稳定的一侧。

关键词：深埋软岩巷道背斜构造围岩稳定性布置位置巷道轴向角度

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含弧形预制裂隙砂岩力学特征试验研究

煤炭学报 2019年第9期44卷 2721-2732页

作者：朱栋靖洪文尹乾陶祥令宗义江中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 江苏建筑职业技术学院能源与交通工程学院江苏徐州221116

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值... 详细信息

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值)的弧形裂隙,研究含弧形预制缺陷砂岩的力学特征。利用高压水射流切割机在完整板状黄砂岩试样中切割出不同γ值弧形裂隙缺陷,采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统、DS2声发射和数字照相采集系统研究了不同弧形裂隙γ在单轴压缩作用下对黄砂岩峰值强度、平均模量、割线模量、声发射、破坏过程、起裂形式、起裂应力和破坏形式的影响规律。利用复变函数求解在弧形裂隙应力场中所构建的黎曼-希尔伯特问题,获得尖端应力强度因子表达式。试验结果表明:①弧形裂隙缺陷砂岩试样随着γ的增大,峰后试样的承载能力逐渐降低,试样峰值强度、平均模量和割线模量出现总体减小趋势,当γ=0.2时峰值强度最大为27.09MPa;当γ=1时峰值强度最小为18.99MPa。②预制弧形裂隙γ对试样起裂应力、起裂位置、破裂演化过程、声发射特征和破坏模式均具有重要影响,随着γ值的增大,试样起裂应力呈总体减小趋势,当γ=0.8时,试样的平均起裂应力最小,其值为4.99MPa;当γ=0时,试样的平均起裂应力值为11.08MPa,平均起裂应力值最大。③随着γ的增大,试样的破坏模式由拉剪混合破坏向拉伸破坏转变,当γ=0时,试样为拉剪破坏;当γ在0.2~1.0时,试样为拉伸破坏。初始起裂裂纹扩展并不是导致试样最终破坏的原因,次生裂纹的扩展与自由面贯通才是导致试样整体破坏原因,试样破坏瞬间释放大量弹性能导致岩块折断和表面剥落现象。通过对含弧形裂隙裂纹扩展机制探讨推导出应力强度因子表达式,并根据该表达式求出相应应力强度因子值,曲线拟合后发现其变化趋势与试验值变化趋势基本吻合。研究仅通过单轴压缩作用研究发现弧形裂隙γ对砂岩力学参数、破裂演化过程和破坏形式影响明显,为了充分研究外界荷载对含弧形裂隙砂岩的破坏特征,将通过改变加载形式和加载路径深入研究含该类缺陷岩石的力学特征。

关键词：弧形裂隙起裂应力破裂过程声发射应力强度因子

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高承压水作用下突水巷道注浆恢复与支护技术

采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 992-998页

作者：宗义江韩立军黄小忠郝鸿声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 江苏建筑职业技术学院江苏徐州221116 马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司白象山铁矿安徽马鞍山243003

基于白象山铁矿-390 m巷道过F4断层发生突水后的工程地质条件,提出地面注浆技术方案,对突水巷道进行注浆堵水恢复。基于隧道地震波勘探和瞬变电磁法超前物探结果,提出超前管棚预加固技术方案,保证了巷道通过F4断层过程中围岩的稳定与施... 详细信息

基于白象山铁矿-390 m巷道过F4断层发生突水后的工程地质条件,提出地面注浆技术方案,对突水巷道进行注浆堵水恢复。基于隧道地震波勘探和瞬变电磁法超前物探结果,提出超前管棚预加固技术方案,保证了巷道通过F4断层过程中围岩的稳定与施工安全。针对后期承载和高抗渗性的要求,通过数值模拟分析确定了型钢支架与网喷初次支护、二次衬砌支护结构型式与技术参数,并通过预埋的注浆管对衬砌壁后及破碎围岩进行二次补强注浆加固,保证了高承压水作用下突水巷道围岩与支护结构的长期稳定和安全。

关键词：高承压水断层破碎带突水超前探测预加固

深井破碎围岩巷道“三锚”动态迭加支护技术研究

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中国煤炭 2010年第11期36卷 43-47页

作者：王江峰韩立军宗义江郜建明山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司山西省晋城市046605 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省徐州市221008

为了更好地解决深井极破碎围岩巷道难支护问题,基于赵庄煤矿管子道的地质条件和变形破坏特点,提出了由初次高性能锚网喷支护和二次锚注支护组成的"三锚"动态迭加支护技术方案,并给出了详细的技术参数。研究结果表明:通过全断面注浆预加... 详细信息

为了更好地解决深井极破碎围岩巷道难支护问题,基于赵庄煤矿管子道的地质条件和变形破坏特点,提出了由初次高性能锚网喷支护和二次锚注支护组成的"三锚"动态迭加支护技术方案,并给出了详细的技术参数。研究结果表明:通过全断面注浆预加固、高性能锚网架喷支护、二次注浆加强支护以及底角和底板锚注加固,可形成积极有效的全断面锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,实现与巷道围岩的共同承载,提高了支护结构的整体性和承载能力,能够保证巷道围岩和支护结构较长时间内的稳定。

关键词：深井破碎围岩巷道支护 “三锚”支护动态迭加支护围岩控制

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回采巷道合理煤柱宽度与动态耦合支护技术

江苏建筑职业技术学院学报 2020年第3期20卷 24-28页

作者：宗义江王淑军原路波江苏建筑职业技术学院交通工程学院江苏徐州221116 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 山西阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司山西阳城048100

为解决综采工作面回采巷道合理煤柱宽度留设与支护难题,以伏岩煤矿为工程背景,综合采用现场调研、理论分析、数值模拟与现场实测等方法,分析了综采工作面回采巷道围岩变形破坏特点,揭示了其变形失稳机理;确定了3104综采工作面运输顺槽... 详细信息

为解决综采工作面回采巷道合理煤柱宽度留设与支护难题,以伏岩煤矿为工程背景,综合采用现场调研、理论分析、数值模拟与现场实测等方法,分析了综采工作面回采巷道围岩变形破坏特点,揭示了其变形失稳机理;确定了3104综采工作面运输顺槽和进风顺槽间的合理煤柱宽度为8.0 m;并基于回采巷道的变形破坏机理,提出了由顶帮高强预应力锚杆、预应力锚索及窄煤柱对穿预应力锚索组成的动态耦合控制技术,并通过工程实践进行了验证.工程应用实践表明:所设计的煤柱宽度和动态耦合支护技术方案有效地控制了综采工作面回采巷道围岩变形,保证了综采工作面煤柱和回采巷道围岩的稳定.

关键词：窄煤柱回采巷道煤柱宽度耦合支护稳定控制