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动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第3期54卷 1087-1097页

作者：任松李凯鑫张平重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征,开展了单轴压缩试验和声发射试验。首先,对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热;其次,进行单轴压缩并全过程监测声发射信号;最后,结合峰值应变、单轴抗压强度等数据,分析砂岩的... 详细信息

为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征,开展了单轴压缩试验和声发射试验。首先,对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热;其次,进行单轴压缩并全过程监测声发射信号;最后,结合峰值应变、单轴抗压强度等数据,分析砂岩的力学特性及破坏特征。研究结果表明:循环扰动和温度作用对岩石强度影响极大,无循环扰动的试件抗压强度随温度升高而先上升后下降,其余试件抗压强度与两者呈负相关,且受温度影响更为显著;砂岩峰值应变随着温度升高呈先降低后上升的趋势,200℃为该类砂岩的拐点,砂岩峰值应变与循环扰动幅度呈正相关,有加速上升趋势,且对温度变化更敏感;试件临近破坏时,内部裂纹发展情况存在突变,R_(A)(上升时间与幅值之比)和FA(平均频率)的分布明显变化。F_(A)/R_(A)>K的声发射信号急剧减少、FA/RA

关键词：动力扰动高温砂岩声发射破坏模式

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动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤模型研究

岩石力学与工程学报 2024年第S01期43卷 3229-3242页

作者：王泽祺胡斌李京陈魁奎魏二剑马利遥武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 大同大学煤炭工程学院山西大同037009

动力扰动效应严重影响着边坡工程和地下岩土工程的安全稳定性,为描述动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤变形的演化规律,基于动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤过程中黏度系数的演化规律,采用新型协同损伤计算方法,实现蠕变损伤各阶段黏度系... 详细信息

动力扰动效应严重影响着边坡工程和地下岩土工程的安全稳定性,为描述动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤变形的演化规律,基于动力扰动效应影响下软岩蠕变损伤过程中黏度系数的演化规律,采用新型协同损伤计算方法,实现蠕变损伤各阶段黏度系数演化的定量化表达。基于协同损伤效应影响下软岩蠕变各阶段黏度系数的新型演化方程和改进的牛顿体元件,采用元件模型的方法,建立软岩一维蠕变损伤模型。在此基础上,引入塑性流动法则,建立协同损伤效应影响下软岩的三维蠕变损伤模型。依据动力扰动效应影响下软岩的蠕变试验数据,采用Levenberg-Marquardt优化算法,验证所建一维和三维蠕变损伤模型的正确性,并确定模型参数。结果表明:所建一维和三维蠕变损伤模型均能较好地描述动力扰动效应影响下软岩的时变变形,尤其是加速蠕变阶段。并对蠕变损伤模型的关键参数进行了敏感性分析,详细分析所建蠕变损伤模型的正确性和适用范围。

关键词：岩石力学动力扰动协同损伤本构模型蠕变损伤黏弹塑性

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动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性

岩土力学 2019年第3期40卷 942-950,1004页

作者：吴秋红赵伏军王世鸣周志华王斌李玉湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201

深部岩体工程中,锚杆在围岩变形后处于高承载应力状态,受到爆破振动、矿震等动载荷作用后极易失效,因此,亟待研究动力扰动下锚杆的力学响应机制。基于SHPB试验平台,自行研发了一套研究锚杆动力响应的试验装置,开展动力扰动下全长黏结锚... 详细信息

深部岩体工程中,锚杆在围岩变形后处于高承载应力状态,受到爆破振动、矿震等动载荷作用后极易失效,因此,亟待研究动力扰动下锚杆的力学响应机制。基于SHPB试验平台,自行研发了一套研究锚杆动力响应的试验装置,开展动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性研究。结果表明:初始动载荷作用下锚杆滑移量随着入射能的增加而增加,锚杆中应力波的波峰值随着传播距离的增加而逐渐减小,当应力波传播至锚杆最里端时,应力波峰值衰减较大;第2次动载荷后锚杆SG1处与SG2处应力波峰值差明显比第1次减小,表明动载荷下锚固界面从锚杆外端开始损伤;锚杆失效与锚固界面损伤有关,锚杆承载后初次受到动载荷的影响导致锚固界面产生损伤,损伤锚固段又受到外部载荷(如二次冲击、岩体挤压)作用时会进一步劣化,其不能抵抗围岩的变形而失效。研究结果为揭示锚杆支护失效行为,采取合理的设计与施工提供新的思路。

关键词：动力扰动高应力分离式霍普金森压杆全长黏结锚杆力学响应

动力扰动下高应力巷道钻孔消能机制的数值研究

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中国安全生产科学技术 2023年第9期19卷 61-68页

作者：张寅尹立冬张季平李哲杨晨晨李家俊辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

为了研究动力扰动下深部巷道围岩大直径钻孔的卸压机制,以彬长矿区某矿井冲击地压事故为背景,采用颗粒流软件建立动静载耦合作用下巷道围岩钻孔模型,从细观角度分析钻孔参数对巷道围岩消波耗能的影响规律。研究结果表明:在高应力和动力... 详细信息

为了研究动力扰动下深部巷道围岩大直径钻孔的卸压机制,以彬长矿区某矿井冲击地压事故为背景,采用颗粒流软件建立动静载耦合作用下巷道围岩钻孔模型,从细观角度分析钻孔参数对巷道围岩消波耗能的影响规律。研究结果表明:在高应力和动力扰动的耦合作用下,右帮围岩位移峰值随着孔深及钻孔角度的增加呈下降趋势;裂纹始于钻孔端部并向四周扩展,与巷道顶部和左帮钻孔端部裂纹贯通形成应力波衰减区;随着孔深、钻孔角度的增大,总裂纹数量增加,剪切裂纹数量在总裂纹数量中占比相对稳定;钻孔角度增加时,右帮钻孔非迎波侧围岩的力链断裂程度及范围增加,迎波侧力链断裂范围降低;孔深增加时,力链场的分层区及承载区向深部转移。研究结果可为深部巷道卸压及提高围岩稳定性提供参考。

关键词：深部巷道动力扰动钻孔卸压数值模拟

动力扰动诱发煤层大巷冲击地压机理及其防控技术

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煤炭工程 2022年第2期54卷 62-66页

作者：张金魁侯涛李民李鹏顾合龙陕西正通煤业有限责任公司陕西咸阳712000 西安科技大学能源学院陕西西安710054

为了提高深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害防控效果,基于高家堡煤矿冲击地压灾害发生特点与工程地质条件,通过动静载组合控制煤岩动态破坏的普适性理论方法进行探究,揭示了高家堡煤矿煤层大巷冲击地压致灾机理,明确了动静载复合应力场... 详细信息

为了提高深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害防控效果,基于高家堡煤矿冲击地压灾害发生特点与工程地质条件,通过动静载组合控制煤岩动态破坏的普适性理论方法进行探究,揭示了高家堡煤矿煤层大巷冲击地压致灾机理,明确了动静载复合应力场动力灾害防控途径。在此基础上,考虑煤层大巷服务年限长、围岩应力集中程度高等特点,结合动力扰动诱发大巷冲击失效机制,针对性提出了"爆破松动+围岩注浆"围岩灾变组合控制方法,并通过数值模拟与现场试验综合研究方法进行验证。研究结果表明:深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害科学防控,旨在于增大动态应力波的衰减,降低围岩应力集中程度;而"爆破-注浆"联合控制技术兼具上述效果,在现场工程实践中冲击防控效果良好,可作为深部矿井煤层大巷冲击地压灾害防控的有效途径之一。

关键词：动力扰动煤层大巷冲击地压动力灾害爆破松动围岩注浆

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动力扰动下巷道围岩变形影响因素敏感性分析

煤炭科学技术 2020年第5期48卷 57-62页

作者：孙艺丹杨逾孙博一李珉孙浩翔辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

基于高地应力状态下煤矿井下巷道在开采工程中由于覆岩层断裂、岩巷爆破掘进等动力扰动导致围岩更容易变形甚至失稳的情况,根据弹性理论和应力波理论,分析了扰动状态下巷道围岩失稳机理,采用FLAC3D软件建立了巷道围岩的理想弹塑性模型,... 详细信息

基于高地应力状态下煤矿井下巷道在开采工程中由于覆岩层断裂、岩巷爆破掘进等动力扰动导致围岩更容易变形甚至失稳的情况,根据弹性理论和应力波理论,分析了扰动状态下巷道围岩失稳机理,采用FLAC3D软件建立了巷道围岩的理想弹塑性模型,在正交优化组合的基础上对动力扰动下影响巷道围岩变形的因素(应力峰值、频率、侧压力系数和扰动时间)进行敏感性分析。结果表明:不同影响因素对巷道顶板和帮部最大位移的敏感性有较大的差异性;分析16种参数值不同组合条件下的变形量,得出应力峰值20 MPa,频率1 Hz,侧压力系数1.4,扰动时间0.8 s时,顶板及两帮变形程度最大;应力峰值5 MPa,频率15 Hz,侧压力系数0.8,扰动时间0.2 s时,顶板及两帮变形程度最小;顶板和帮部位移影响因素的敏感性由大到小依次为:侧压力系数、扰动时间、应力峰值和频率。最后,利用多元线性回归分析法建立了多因素作用下顶板和帮部变形的数学公式,回归效果显著,为巷道的有效支护提供了工程参考。

关键词：动力扰动正交试验设计巷道围岩敏感性分析

动力扰动下含软弱夹层巷道围岩稳定性数值分析

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采矿与安全工程学报 2016年第1期33卷 63-69页

作者：唐礼忠高龙华王春蒋锋中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为了研究动力扰动下不同厚度a、位置h和倾角θ的软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用有限元软件ABAQUS对含有夹层巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行数值分析,并结合冬瓜山铜矿深部出矿巷道实际提出支护优化方案。结果表明,动... 详细信息

为了研究动力扰动下不同厚度a、位置h和倾角θ的软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用有限元软件ABAQUS对含有夹层巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行数值分析,并结合冬瓜山铜矿深部出矿巷道实际提出支护优化方案。结果表明,动力扰动下:1)巷道顶板和两帮应力、位移与夹层厚度a或位置h呈非线性变化关系,围岩的稳定性随着a或h的增加先减小后增大,说明了厚度a或位置h对围岩次生静应力和动力扰动衰减的影响程度的相对变化;2)随着软弱夹层倾角θ增大,夹层对动力波的衰减作用增大,夹角较大时,对动力波的衰减作用更显著;3)软弱夹层对冬瓜山铜矿出矿巷道围岩的稳定性起重要作用,支护措施和技术参数优化可有效控制围岩变形,验证了上述研究的正确性。

关键词：动力扰动软弱夹层力学响应支护优化数值模拟

动力扰动下既有隧道的动态响应及衬砌影响分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2018年第A01期45卷 138-143页

作者：张运强曹文贵邢静康李智远朱生龙周苏华湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于现场监测数据,利用FLAC3D研究了拱桥铺隧道在动力扰动下的动态响应及衬砌产生的影响.研究结果表明:底部动载下,相对于无衬砌隧道,有衬砌隧道能改变除拱底外其它测点的运动方向,防止隧道内陷并能够有效减少隧道锚固壁位移;隧道锚固壁... 详细信息

基于现场监测数据,利用FLAC3D研究了拱桥铺隧道在动力扰动下的动态响应及衬砌产生的影响.研究结果表明:底部动载下,相对于无衬砌隧道,有衬砌隧道能改变除拱底外其它测点的运动方向,防止隧道内陷并能够有效减少隧道锚固壁位移;隧道锚固壁4个测点均承受压应力,且无衬砌支护时压应力值远小于有衬砌时,前者围岩表现更为"松散";有衬砌支护隧道拱肩处锚杆轴力出现中性点,而无衬砌支护时锚杆均为受拉,后者锚杆轴力峰值位置更靠近锚固壁,衬砌能有效分担围岩荷载并减小锚杆负载;有衬砌时锚杆轴力相对增速快且振幅大,而无衬砌支护隧道在应力波冲击后,锚杆轴力相对增速慢且振幅小,即衬砌能通过动态调整协助锚杆承担动荷载.

关键词：隧道工程动力扰动衬砌动态响应数值分析

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动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩稳定性研究

动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩稳定性研究

作者：陈庆港贵州大学

学位级别：硕士

目前,动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩稳定性控制成为黔西南金矿开采的重要技术难题。本文以锦丰金矿为工程背景,综合运用现场调查、理论分析、物理试验、数值模拟等手段,对动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩响应特征和稳定性控制问题进行了研... 详细信息

目前,动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩稳定性控制成为黔西南金矿开采的重要技术难题。本文以锦丰金矿为工程背景,综合运用现场调查、理论分析、物理试验、数值模拟等手段,对动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩响应特征和稳定性控制问题进行了研究,明确了影响巷道围岩稳定性的主控因素,掌握了动扰巷道围岩变形破坏特征,提出了动扰巷道围岩稳定性控制技术。主要取得以下研究成果:(1)对研究区域进行现场调查与分析发现,巷道围岩受动力扰动影响整体破碎、稳定性差、支护效果不理想,RQD平均值为31.63%,得到影响巷道围岩变形破坏的主要因素为巷道埋深、动载荷幅值及软弱泥岩层厚度。(2)通过物理试验的研究手段,对动力扰动下层状碎屑岩巷道围岩变形破坏特征及规律进行研究。确定巷道围岩相似模型各岩层相似配比进而制作模型进行试验,得到了不同动载荷幅值与不同软弱泥岩层厚度两种试验条件下巷道围岩相似模型裂纹发育特征及应变场演化规律。(3)运用数值模拟的方法,分别考虑受静载、不同埋深、不同扰动载荷幅值、不同软弱泥岩层厚度等工况条件,系统地研究了动力扰动对层状碎屑岩巷道围岩稳定性的影响。巷道两帮变形受埋深影响最大,埋深从600 m增加到1000 m,最大两帮移近量相对增加282.1%;质点峰值振动速度(PPV)从2 cm/s增加到10 cm/s,巷道围岩动力响应时间由0.10 s增加到0.25 s,巷道围岩因动扰增强易发生整体失稳破坏;软弱泥岩层厚度在2.5 m以下时不利于巷道围岩稳定,厚度超过2.5 m时可以削弱动力扰动对巷道围岩的影响,有利于巷道围岩稳定。(4)在现场调查、物理试验、数值模拟的基础上,提出动力扰动下层状碎屑岩巷道锚杆-锚索联合支护的控制技术方案并进行现场应用。动扰巷道围岩控制效果数值模拟分析得出巷道表面位移相对减小30%以上,接触面处位移相对减小超过40%;现场监测结果显示优化支护方案后巷道顶底板及两帮位移量相对减小均超过40%,说明支护优化方案有效、可行,巷道围岩整体稳定性明显提高。研究成果可为相同或相似条件下层状碎屑岩巷道围岩稳定性控制及支护设计提供参考和借鉴。

关键词：动力扰动响应特征围岩稳定性相似模拟数值模拟