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基于能量耗散理论沿空掘巷煤柱宽度留设探讨

江西煤炭科技 2023年第1期 46-49页

作者：贾国忠山西朔州平鲁区兰花永胜煤业有限公司山西朔州036803

以开滦东欢坨矿2327工作面回风巷为工程背景,基于能量耗散理论进行沿空掘巷煤柱宽度留设研究。利用热力学第一定律和广义胡克定律构建能量耗散力学模型,揭示煤岩体破坏的内在机理,即岩体单元耗散能超过自身临界值是煤岩体发生破坏的根... 详细信息

以开滦东欢坨矿2327工作面回风巷为工程背景,基于能量耗散理论进行沿空掘巷煤柱宽度留设研究。利用热力学第一定律和广义胡克定律构建能量耗散力学模型,揭示煤岩体破坏的内在机理,即岩体单元耗散能超过自身临界值是煤岩体发生破坏的根本原因,基于极限平衡理论计算煤柱合理宽度为4.71 m;利用FLAC^(3D)二次开发,进行不同煤柱宽度能量耗散数值模拟,确定5 m煤柱为能量耗散峰值拐点,为合理的煤柱宽度,可为矿井实际生产提供指导。

关键词：沿空掘巷煤柱宽度热力学第一定律广义胡克定律能量耗散理论

基于能量耗散理论的围压对黏土岩脆性影响的试验研究

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重庆建筑 2018年第6期17卷 52-55页

作者：谢哲杨泽平梁海安王瑜万超东华理工大学建筑工程学院江西南昌330013

岩石脆性是高放废物处置库选址的重要指标。为研究不同围压对于黏土岩脆性的影响,通过能量耗散理论对不同围压状态的岩石进行脆性评价,分析黏土岩破坏过程中耗散能、可恢复应变能、总能量的关系,以可恢复应变能与总输入能量的比值表征... 详细信息

岩石脆性是高放废物处置库选址的重要指标。为研究不同围压对于黏土岩脆性的影响,通过能量耗散理论对不同围压状态的岩石进行脆性评价,分析黏土岩破坏过程中耗散能、可恢复应变能、总能量的关系,以可恢复应变能与总输入能量的比值表征岩石的脆性,结果表明:(1)在岩石常温三轴压缩试验中,伴随着能量的转换,试样的弹性模量、脆性不断变化;(2)在岩石常温三轴压缩试验中,围压从0MPa提升至5MPa,试样的抗压强度、轴向应变、径向应变较围压从5MPa提升至10MPa时增长率变大;(3)在岩石常温三轴压缩试验中,岩石吸收的总能量、转化为可恢复应变能、不可恢复耗散能,均与围压的增加呈正相关。随着围压增大,输入系统的总能量呈线性增长,转化为可恢复应变能增长率变小,而不可恢复耗散能增长率变大;(4)基于能量耗散理论的脆性评价表明:黏土岩岩石试样0MPa、5MPa、10MPa围压时脆性指数分别为0.73、0.70、0.46,表明随着围压升高,黏土岩脆性变低,塑性变强。

关键词：脆性常温三轴试验能量耗散理论黏土岩

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基于能量耗散理论冻土本构模型的研究

低温建筑技术 2009年第8期31卷 87-89页

作者：李志敏安徽理工大学理学院安徽淮南232001

通过损伤理论中的有效应力与损伤影响张量来表现冻土的损伤。冻土耗散函数表示成塑性耗散(DP屈服准则)和损伤耗散之和的形式,其中塑性耗散函数中耦合了损伤变量。通过弹塑性及损伤的演化过程,建立了冻土弹塑性损伤增量本构模型,并给出... 详细信息

通过损伤理论中的有效应力与损伤影响张量来表现冻土的损伤。冻土耗散函数表示成塑性耗散(DP屈服准则)和损伤耗散之和的形式,其中塑性耗散函数中耦合了损伤变量。通过弹塑性及损伤的演化过程,建立了冻土弹塑性损伤增量本构模型,并给出了其有限元格式。

关键词：能量耗散理论冻土本构模型

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基于能量原理的岩石卸荷破坏判据研究

金属矿山 2024年

作者：张钦榕郭建强刘继王姣姣伍安杰王涓贵州大学土木工程学院中国南方电网贵州电网有限责任公司中国华电集团黔源电力股份有限公司

深地空间岩体赋存环境较为复杂，探明采动扰动下岩石卸荷破坏的前兆信号对深部资源安全开采具有重要意义。针对采动扰动的岩石加卸载破坏问题，基于能量耗散理论，建立考虑扰动损伤的岩石破坏判据。探究不同岩石加卸载过程及破坏时的判... 详细信息

深地空间岩体赋存环境较为复杂，探明采动扰动下岩石卸荷破坏的前兆信号对深部资源安全开采具有重要意义。针对采动扰动的岩石加卸载破坏问题，基于能量耗散理论，建立考虑扰动损伤的岩石破坏判据。探究不同岩石加卸载过程及破坏时的判据指数变化规律，分析判据指数与岩石破坏的内在联系。并基于新建立的岩石破坏判据，讨论不同岩性岩石的卸荷破坏判据条件。研究表明：① 岩石破坏判据通过引入损伤变量，不仅考虑了采动扰动对岩石卸荷破坏的影响，还反映了岩石劣化过程中荷载、变形对岩石临界状态的影响。② 判据指数与损伤变量可用于分析岩石破坏特征的差异性和应力路径对岩石力学行为的影响。③ 根据岩石卸荷破坏的扩容特征，引入能量增长率概念，建立适用于花岗岩卸荷破坏的能量增长率界限值。验证结果表明该界限值预测效果良好，最大主应力误差约为5%。

关键词：能量耗散理论卸荷应力路径岩石劣化破坏判据

空心微珠填充聚丙烯复合材料的显微原位拉伸试验观察分析

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复合材料学报 2007年第4期24卷 51-57页

作者：王明珠沈志刚郑艳红麻树林邢玉山北京航空航天大学北京市粉体技术研究开发重点实验室北京100083

无机刚性空心微珠颗粒填充聚丙烯材料的研究结果显示,空心微珠颗粒的加入可以同时改善其韧性、强度和刚性。本文中采用显微原位拉伸试验,对空心微珠/聚丙烯复合材料试样受拉伸过程中裂纹的产生、发展、终止和材料的破坏行为进行了动态... 详细信息

无机刚性空心微珠颗粒填充聚丙烯材料的研究结果显示,空心微珠颗粒的加入可以同时改善其韧性、强度和刚性。本文中采用显微原位拉伸试验,对空心微珠/聚丙烯复合材料试样受拉伸过程中裂纹的产生、发展、终止和材料的破坏行为进行了动态原位观察分析。试验结果表明,分散相颗粒能有效地引发大量微小裂纹,吸收大量能量,并可以成功阻碍小裂纹的扩展,使裂纹不致形成破坏性开裂,改善复合材料的韧性,并使复合材料的强度同时得到提高。该试验结果为无机刚性颗粒在聚合物中作用的能量耗散理论提供了有力的试验支持。

关键词：空心微珠聚丙烯原位观察增强增韧能量耗散理论

准静态应变率下单轴煤岩特征应力确定方法研究

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岩石力学与工程学报 2020年第10期39卷 2038-2046页

作者：刘晓辉郝齐钧胡安奎郑钰西华大学流体及动力机械教育部重点实验室四川成都610039 西华大学能源与动力工程学院四川成都610039

基于准静态应变率[10^-5,10^-2]s^-1范畴下芙蓉白皎煤岩单轴压缩试验,开展不同应变率下煤岩变形破坏过程的能量演化规律分析,提出利用能量耗散率曲线和横向应变差确定单轴煤岩特征应力的新方法,并分析准静态应变率范畴下的变化规律。研... 详细信息

基于准静态应变率[10^-5,10^-2]s^-1范畴下芙蓉白皎煤岩单轴压缩试验,开展不同应变率下煤岩变形破坏过程的能量演化规律分析,提出利用能量耗散率曲线和横向应变差确定单轴煤岩特征应力的新方法,并分析准静态应变率范畴下的变化规律。研究结果表明,不同应变率下的煤岩能量演化可划分为裂隙闭合、线弹性及裂隙快速扩展3个阶段,能量耗散率曲线均呈现峰前阶段先升后降再升的趋势。利用该趋势,根据能量耗散率曲线,将曲线的极大值点与极小值点分别确定为裂纹闭合应力点σcc与损伤应力点σcd,结合获得的损伤应力点,计算横向应变差后确定裂纹的起裂应力点σci。比较不同应变率下煤岩的特征应力与峰值应力之比,3个应力特征比值均随着应变率的增加呈降低的趋势。最后对比分析单轴煤岩特征应力确定传统方法的局限性及新方法的合理性、准确性,提出特征应力应变率效应研究的工程意义。

关键词：岩石力学煤岩准静态应变率特征应力能量耗散理论

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滨海软土动孔压发展模型核心函数研究

自然灾害学报 2009年第5期18卷 192-196页

作者：王伟卢廷浩绍兴文理学院土木工程系浙江绍兴312000 中国科学院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 河海大学岩土工程研究所江苏南京210098

动孔压发展模型在滨海相软土动力学性质的研究中非常重要。结合软土动孔压发展的机理,分析了其数学模型的核心函数应具有的基本性质。提出了动孔压半值指数的概念,揭示了指数曲线模型、双曲线模型等传统动孔压模型核心函数的缺陷。根据... 详细信息

动孔压发展模型在滨海相软土动力学性质的研究中非常重要。结合软土动孔压发展的机理,分析了其数学模型的核心函数应具有的基本性质。提出了动孔压半值指数的概念,揭示了指数曲线模型、双曲线模型等传统动孔压模型核心函数的缺陷。根据能量耗散原理,建立了基于微分控制方程的动孔压发展新模型。数学分析表明,两个传统模型的核心函数及其动孔压半值指数均是新模型对应的特例,新模型克服了传统模型的不足,具有更广泛的实用性。

关键词：软土动孔压核心函数能量耗散理论

砂岩单向压缩条件下的变形特性及破坏模式研究

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西安理工大学学报 2014年第3期30卷 309-314页

作者：夏洪春朱训国大连大学建筑工程学院辽宁大连116622 大连大学复杂结构系统灾害预测与控制辽宁省重点实验室辽宁大连116622

以晋华宫煤矿某巷道顶板砂岩为研究对象,利用MTS815.03型岩石材料试验机对试样进行单轴压缩试验。分析和研究了砂岩在单向抗压荷载作用下的变形特性和破坏模式,得到以下结论:1岩石试样在单向压缩条件下的破坏模式主要有劈裂模式、剪(主)... 详细信息

以晋华宫煤矿某巷道顶板砂岩为研究对象,利用MTS815.03型岩石材料试验机对试样进行单轴压缩试验。分析和研究了砂岩在单向抗压荷载作用下的变形特性和破坏模式,得到以下结论:1岩石试样在单向压缩条件下的破坏模式主要有劈裂模式、剪(主)+拉(次)模式、劈+剪共存等三种模式。具体表现为单裂纹劈裂贯通、多裂纹劈裂贯通以及剪切破坏等;2根据能量耗散理论,提出了单向压缩条件下试样破坏模式与耗散能之间的关系,认为试样破裂模式与试样破裂前后的能量指标关系不大,而与试样破裂前后的耗散能比值有直接的关系,比值越小,试样破裂的块体越小,比值越大,试样破裂的块体越大。

关键词：岩石力学单轴压缩试验能量耗散理论破坏模式

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裂隙性与脆性岩石破裂能量转换特征研究

裂隙性与脆性岩石破裂能量转换特征研究

作者：刘宇罡西南交通大学

学位级别：硕士

四川西部地区地质构造复杂,相关地下工程中常遇宏观、细观裂隙发育岩石,裂隙结构面控制工程结构安全性与稳定性,对裂性岩石性质研究重要性不言而喻,裂隙性岩石内部由于其非均质性与非连续性,使用传统应力屈服准则与破坏判据,难以分析复... 详细信息

四川西部地区地质构造复杂,相关地下工程中常遇宏观、细观裂隙发育岩石,裂隙结构面控制工程结构安全性与稳定性,对裂性岩石性质研究重要性不言而喻,裂隙性岩石内部由于其非均质性与非连续性,使用传统应力屈服准则与破坏判据,难以分析复杂的强度变化与整体破坏行为,能量法能够将岩石破坏过程中损伤过程通过耗散能形式展现出来,能量法主要研究与应用在于建立岩爆判据,但是将能量法用于裂隙性岩石破裂过程研究较少。为此本文主要采用类岩石材料预制裂隙性类岩石试样,研究裂隙发育密度、长度对岩石破裂机理及其能量转化过程的影响特征,由于室内试验难以控制多裂隙倾角,故使用PFC2D模拟补充室内试验关于裂隙倾角方面研究,最后采集工程中常见层理性砂岩试样,研究层理倾角与能量指标规律并与预制试样对比分析其能量特征差异,本文主要取得主要成果及结论如下:首先,使用PET膜模拟岩石内裂隙,准备4种裂隙长度,每1长度准备4种不同裂隙密度,制备含裂隙方形类岩石试样16个,不含裂隙试样1个,通过单轴压缩试验得到17个试样全应力应变曲线,对试样数据计算得到所有力学参数(包括峰值强度、弹性模量、残余强度),记录岩石最终破裂状态并描绘裂隙素描,通过对裂隙素描观察分析对比,试样主要以张拉破坏为主且试样破坏程度随裂隙密度提升而提升,为直观分析裂隙试样与不含裂隙试样之间差距计算出参数的降幅比,分别与裂隙密度和裂隙长度参数之间规律进行拟合,分析发现,在裂隙长度为1cm时,降幅比随着裂隙密度增大而逐渐增大,且符合线性规律。其次,对所有试样单轴压缩曲线使用能量耗散能理论进一步处理,计算能量指标并绘制能量演化曲线图,将能量演化曲线图结合破裂过程结合全应力应变曲线损伤特征,将能量演化曲线分为6个阶段:孔隙、裂隙压密阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、非稳定破裂发展阶段、加速破坏阶段、破坏后阶段。分别绘制所有试样峰值能量指标与裂隙长度、密度参数关系图,分析发现,在裂隙长度为1cm时,峰值能量密度随着裂隙密度增大而减小且符合线性规律,在裂隙密度为10%(cm)时,峰值能量密度随着裂隙长度增长而减小且符合线性规律。针对室内试验中预制裂隙无法控制裂隙优势倾角问题,使用PFC2D颗粒流程序对预制圆柱形标准试样参数标定进行数值模拟,裂隙密度与长度固定,裂隙布置方式相互平行布置,裂隙见间距固定,倾角范围在0～90°,以15°为分角取6种角度模拟,所有裂隙倾角值统一改变,通过能量追踪功能绘制能量演化曲线图,提取峰值能量与裂隙倾角绘制关系图,分析发现,峰值能量数值随裂隙倾角增大而增大,且符合线性规律。最后,为分析层理倾角对砂岩试样能量影响,并与预制试样对比能量演化差异,选取7个层理试样倾角,自定义层理倾角范围在0～90°,进行单轴压缩试验,计算力学参数(包括弹性模量与峰值强度),绘制力学参数与层理倾角关系图,结果表明,其规律表现为“U”型曲线,谷底对应层理倾角61°。对所有试样单轴压缩曲线使用能量耗散能理论进一步处理,计算能量指标并绘制能量演化曲线图,将能量演化曲线图结合破裂过程结合全应力应变曲线的损伤特征,将能量演化曲线同样分为6个阶段:孔隙裂隙压密阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、损伤突增阶段、非稳定破裂发展阶段、破坏阶段。其峰值能量与层理倾角规律拥有类似“U”型规律,将层理性砂岩与圆柱形预制试样能量演化曲线对比分析,结果表明,预制类岩石与砂岩能量特征在孔隙裂隙压密以后阶段区分明显,砂岩储能特性好于类岩石试样。

关键词：裂隙性岩石单轴压缩试验能量耗散理论裂隙发育特征颗粒流层理砂岩