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流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩注浆加固特性试验研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 189-199页

作者：陈军涛李昊贾东秀马庆李文昕山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590 山东能源新汶矿业集团有限责任公司邱集煤矿山东德州251105 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样... 详细信息

黄河北煤田因矿井水害影响,安全高效开采煤炭资源成为矿井发展的关键瓶颈。注浆技术是当前解决矿井水害问题的重要手段,不仅能解放大量受到水害威胁的煤炭资源,而且对保护地下水资源具有积极意义。对黄河北煤田邱集煤矿取得的灰岩试样开展室试验,观察了灰岩的细观特征,获取了流固耦合作用下含不同长度裂隙灰岩的力学特性及注浆加固特性,通过理论分析得到了灰岩随预制裂隙长度变化时,起裂强度的变化规律,分析了注浆加固机理。结果表明:注浆后岩石的强度、韧性得到明显改善,注浆前的灰岩有明显的脆性特征,注浆后灰岩的脆性降低延性增强;注浆加固体的破坏程度随着裂隙长度的增加越来越剧烈,当裂隙长度较大时伴随有水平方向的裂隙发育;注浆加固体的峰前渗透率的降低程度较小,峰后渗透率有明显的降低,灰岩渗透率最大阶段产生在峰后阶段、而渗透率最小的阶段发生在应力–应变曲线的线弹性阶段,并且裂隙长度越长越容易出现渗透率双峰现象。使用连续介质力学理论推导得到了注浆加固体起裂强度和断裂韧度的计算式,理论证明了注浆加固体的强度大于原岩试样;岩石弹性模量与注浆形成的结合体的弹性模量的差异越大,注浆对岩石强度的影响越弱。

关键词：注浆加固裂隙长度流固耦合渗透率起裂强度

裂隙倾角和长度对低强度岩体力学特性及破坏模式影响的试验研究

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工业建筑 2019年第2期49卷 85-92,106页

作者：唐建新孔令锐王艳磊代张音易婷李欣怡重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源及环境科学学院重庆400044 贵州大学矿业学院贵阳550025

根据不同倾角和长度单裂隙条件下的低强度岩体试件的常规单轴压缩试验结果,详细分析不同倾角和长度单裂隙低强度岩体试件的应力-应变曲线、强度、变形参数及破坏模式。结果表明:1)裂隙倾角和长度将使低强度岩体试件的应力-应变曲线在峰... 详细信息

根据不同倾角和长度单裂隙条件下的低强度岩体试件的常规单轴压缩试验结果,详细分析不同倾角和长度单裂隙低强度岩体试件的应力-应变曲线、强度、变形参数及破坏模式。结果表明:1)裂隙倾角和长度将使低强度岩体试件的应力-应变曲线在峰后破坏阶段变为多台阶式下跌,显示出明显的塑性破坏特征; 2)低强度岩体试件的峰值强度随裂隙倾角的减小和长度的增加均呈降低趋势,但受结构效应的影响,随裂隙长度的增加,其减小趋势将逐渐趋于平缓; 3)裂隙倾角和长度均可以影响裂隙变形在试件总变形中的所占比例,进而影响低强度裂隙试件整体弹性模量和轴向峰值应变的大小; 4)裂隙倾角能彻底改变低强度岩体试件的破坏模式,而裂隙长度只能改变试件局部的破坏模式,其对试件整体破坏模式的影响程度远小于裂隙倾角。

关键词：低强度岩体裂隙倾角裂隙长度力学特性破坏模式单轴压缩

裂隙倾角及长度对岩石强度和破坏特征影响数值模拟

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煤炭技术 2023年第10期42卷 106-109页

作者：张岩经纬经来旺金仁才程攀安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽准南232001 中国十七冶集团有限公司土木工程博士后科研工作站安徽马鞍山243000 安徽理工大学博士后科研流动站安徽淮南232001 安徽理工大学力学与光电物理学院安徽淮南232001

为探究裂隙倾角及长度对岩石强度和破坏特征影响,应用离散元数值分析软件PFC2D对含不同倾角及长度的单裂隙岩石试件在单轴压缩下的力学特性及裂纹扩展规律进行研究。结果表明:裂隙倾角及长度的不同对岩石力学特性和破坏形态影响较大;线... 详细信息

为探究裂隙倾角及长度对岩石强度和破坏特征影响,应用离散元数值分析软件PFC2D对含不同倾角及长度的单裂隙岩石试件在单轴压缩下的力学特性及裂纹扩展规律进行研究。结果表明:裂隙倾角及长度的不同对岩石力学特性和破坏形态影响较大;线弹性阶段,弹性模量基本一致,线弹性阶段结束后,弹性模量降幅增大,达到峰值强度前,随着岩石试件裂隙长度的增大,应力-应变曲线间距变大,峰值强度后,峰值强度越大的试件其应力降幅越大;裂隙长度相同时,裂隙倾角越大,峰值强度越大;裂隙倾角相同时,裂隙长度越大,岩石试件峰值强度越小,随着裂隙长度的增大,裂隙倾角越小的岩石试件峰值强度降幅越大;起裂裂纹主要从裂隙尖端处起裂并向试件角点和边缘扩展,随着裂隙倾角和长度的增大,破坏形态由剪切型破坏转为剪切张拉复合型破坏。裂隙倾角及长度均会对岩石强度和破坏特征产生影响。

关键词：数值模拟裂隙长度裂隙角度单轴压缩峰值强度裂纹扩展

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基于受压裂隙开裂准则的损伤模型

中南大学学报（自然科学版） 2019年第3期50卷 687-693页

作者：马秋峰田静周天白中国矿业大学(北京)资源与安全学院北京100083

为了反映岩石内部裂隙对岩石本构关系的影响,建立受裂隙分布及裂隙面摩擦因数共同影响的损伤模型。类比弹簧束模型,定义与开裂裂隙长度有关的损伤模型。基于受压裂隙的开裂准则,对不同应力状态下的开裂裂隙长度范围进行求解,通过概率统... 详细信息

为了反映岩石内部裂隙对岩石本构关系的影响,建立受裂隙分布及裂隙面摩擦因数共同影响的损伤模型。类比弹簧束模型,定义与开裂裂隙长度有关的损伤模型。基于受压裂隙的开裂准则,对不同应力状态下的开裂裂隙长度范围进行求解,通过概率统计的方法计算开裂裂隙长度的数学期望,将其代入建立的损伤模型中得到损伤变量。利用模型对岩石应力-应变曲线进行计算。研究结果表明:建立的损伤模型能够反映裂隙面摩擦因数与裂隙角度对岩石强度的影响。当摩擦因数为0时,裂隙角度45o对应的岩石强度最小,随着裂隙摩擦因数增大,最小峰值强度对应的裂隙倾角逐渐减小;当裂隙角度一定时,摩擦因数越大,峰值强度越大;数值计算结果与实验结果一致。该模型还能够反映裂隙长度分布对岩石强度的影响。当长裂隙数占比较大时,岩石强度较小;反之,岩石强度较大。计算结果能够反映岩石在塑性阶段的变形特征,该损伤模型具有合理性。

关键词：开裂准则裂隙长度裂隙角度概率统计损伤模型

环境湿度与温度对压实膨胀土裂隙发育影响试验研究

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岩土工程学报 2020年第2期42卷 260-268页

作者：刘观仕陈永贵曾宪云张贵保中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 同济大学上木工程学院地下建筑与工程系上海200092 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

裂隙是影响膨胀土工程性质的重要因素。以南阳某高速公路膨胀土为对象,采用大尺寸压实膨胀土试样进行不同环境湿度与温度下的裂隙发育试验,通过数码相机摄影并基于自编程序进行土样表面图像的定量化分析,获得裂隙率、均宽及总长等典型... 详细信息

裂隙是影响膨胀土工程性质的重要因素。以南阳某高速公路膨胀土为对象,采用大尺寸压实膨胀土试样进行不同环境湿度与温度下的裂隙发育试验,通过数码相机摄影并基于自编程序进行土样表面图像的定量化分析,获得裂隙率、均宽及总长等典型特征参数,进而探讨环境湿度与温度对膨胀土裂隙发育规律的影响。结果表明:大尺寸土样裂隙发育特征相较环刀样和薄层饱和泥浆样更接近路基与边坡等工程实际;环境湿度越高,初期裂隙发展越慢,发育持续时间越长,后期裂隙特征统计参数反而越大;环境温度越高,初期裂隙发展越快,但裂隙回缩稳定速度也越快,后期裂隙特征统计参数反而越小;低湿度或高温度使土样表面易于产生更多肉眼不可见的微裂隙,是裂隙特征统计参数与理论分析相比偏小的重要原因,而高湿度与低温度则有利于收缩应力向深层土体传递,促使裂隙偏向数量更少但更宽和更深方向发展。

关键词：压实膨胀土湿度温度裂隙率裂隙宽度裂隙长度

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纵向裂隙对砂岩力学特性影响试验研究

采矿与安全工程学报 2014年第4期31卷 644-649页

作者：苏海健靖洪文赵洪辉王迎超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

将西部矿区高水平应力岩层巷道顶板受力特征简化为含纵向裂隙的岩石单轴压缩问题,选取砂岩材料为试验对象,并对其强度、变形及破坏形态进行试验研究。试验结果表明:纵向裂隙砂岩随着裂隙长度的增大,峰值强度和峰值应变先逐渐减小后又有... 详细信息

将西部矿区高水平应力岩层巷道顶板受力特征简化为含纵向裂隙的岩石单轴压缩问题,选取砂岩材料为试验对象,并对其强度、变形及破坏形态进行试验研究。试验结果表明:纵向裂隙砂岩随着裂隙长度的增大,峰值强度和峰值应变先逐渐减小后又有所增大,裂隙长度为42 mm时达到最小值;砂岩试样沿预制裂隙尖端发生纵向劈裂,但非均质性对主要次生裂纹的数目和扩展路径具有很大的影响。与无充填相比,石膏充填对裂隙砂岩强度的提升并不明显,而高强水泥具有较好的加固效果,与无充填相比峰值强度平均值增大22.27%。研究成果对西部矿区的岩石力学和围岩稳定性控制理论的发展具有积极意义。

关键词：顶板纵向裂隙力学特性裂隙长度充填料

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本煤层水压致裂增透范围分析

采矿与安全工程学报 2015年第4期32卷 644-650页

作者：赵源曹树刚李勇覃乐重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室资源及环境科学学院重庆400044 重庆市能源投资集团科技有限责任公司重庆400060

在理论分析水压致裂起裂机理和起裂方向的基础上,应用煤岩损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统,对5种不同地应力条件下的本煤层水压致裂过程进行模拟,得到了煤体的起裂方向、起裂压力和扩展压力。研究发现:侧压系数λ1时,煤体的起裂方向... 详细信息

在理论分析水压致裂起裂机理和起裂方向的基础上,应用煤岩损伤破裂过程渗流-应力耦合分析系统,对5种不同地应力条件下的本煤层水压致裂过程进行模拟,得到了煤体的起裂方向、起裂压力和扩展压力。研究发现:侧压系数λ1时,煤体的起裂方向为水平,起裂压力和扩展压力表现出平缓降低的趋势;在λ=1时,运用3种屈服准则进行了对比分析,得到了不同判别准则下的最小起裂水压。通过对λ=1.2时的受力状态进行深入分析,提出了压裂增透范围为宏观裂隙区、微裂隙贯通区、微裂隙产生区(受拉区)和原生裂隙扰动区(压应力恢复区)之和;利用数值图像处理得到的增透面积增长趋势符合二次函数的关系。

关键词：本煤层水压致裂起裂方向裂隙长度裂隙扩展过程增透范围

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初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2011年第5期30卷 681-684页

作者：王国艳于广明宋传旺青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛理工大学通信与电子工程学院山东青岛266033

为了探求初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统,研究特定应力条件下裂隙长度、无偏置双裂隙的水平间距和竖直间距对裂隙演化的影响。通过大量的数值试验,再现裂隙的发展演化过程,获得了特定条件... 详细信息

为了探求初始裂隙几何要素对岩石裂隙扩展演化的影响,采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统,研究特定应力条件下裂隙长度、无偏置双裂隙的水平间距和竖直间距对裂隙演化的影响。通过大量的数值试验,再现裂隙的发展演化过程,获得了特定条件下裂隙发展演化的一般规律,并对岩块破坏形态进行了描述。所获得的理论成果,对于研究裂隙岩体在外界荷载作用下的裂隙扩展演化规律具有一定的参考价值。

关键词： RFPA 数值试验初始裂隙裂隙长度裂隙间距裂隙扩展断裂双轴加载

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初始裂隙几何要素对岩石裂隙分维演化的影响

地下空间与工程学报 2011年第6期7卷 1148-1152页

作者：王国艳于广明宋传旺青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛理工大学通信与电子工程学院山东青岛266033

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对特定应力条件下岩石裂隙演化过程进行数值模拟,根据获得的不同应力状态下裂隙扩展的图片研究初始裂隙长度、裂隙数量对岩石裂隙分形维数的影响,根据岩石裂隙分维-应力曲线将岩石裂隙扩展演化过程分... 详细信息

采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统对特定应力条件下岩石裂隙演化过程进行数值模拟,根据获得的不同应力状态下裂隙扩展的图片研究初始裂隙长度、裂隙数量对岩石裂隙分形维数的影响,根据岩石裂隙分维-应力曲线将岩石裂隙扩展演化过程分为五个阶段,分析不同阶段裂隙分形维数随岩石内部应力的演化特征,揭示初始裂隙几何要素对岩石裂隙分形维数的影响规律。所获得的理论成果,对于研究裂隙岩体在外界荷载作用下的裂隙扩展演化规律具有一定的参考价值。

关键词：裂隙长度裂隙数量分形维数演化规律