检索结果-南通市图书馆

结构体围岩变形破裂演化全过程力电磁声多源信息响应试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第7期42卷 1582-1598页

作者：靖洪文吴疆宇尹乾孟波邹凤祥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

为研究结构体围岩变形破裂演化全过程力电磁声多源信息响应,探索岩基块体和结构界面相互作用下围岩变形演化过程与围岩灾害的内在关联,以山东某煤矿一采区掘进煤巷为工程背景,依托自主研制的巷道围岩模型试验系统,结合内部应力、表面位... 详细信息

为研究结构体围岩变形破裂演化全过程力电磁声多源信息响应,探索岩基块体和结构界面相互作用下围岩变形演化过程与围岩灾害的内在关联,以山东某煤矿一采区掘进煤巷为工程背景,依托自主研制的巷道围岩模型试验系统,结合内部应力、表面位移、电磁辐射、电阻率、超声波、钻孔窥视内部裂隙、三维层析成像等多源信息监测,开展不同支护强度下结构体围岩承载全过程的大尺度物理模型试验研究。结果表明:无支护结构体围岩承载过程中表现出与结构面剪切滑移高度相关的脆性破坏特征。相比之下,锚杆索支护抑制结构面剪切滑移、结构体位错偏转大大强化了模型的峰值强度与峰值应变,数值相差近1倍,并有效弱化了模型峰前的应力跌落。无支护结构体围岩存在内部应力随加载时间直接衰减的情况,其位移场具有明显的块体结构变形特征,而支护结构体围岩表现出更明显的压力拱效应,且块体结构变形特征随着支护强度的提高逐渐弱化。与无支护相比,支护结构体围岩的电磁辐射强度数值更高、电磁辐射脉冲波动更显著,这是由于锚固作用导致无支护条件下岩基沿结构面剪切滑移向支护条件下锚固岩基块体碎胀变形转变,抑制了块体岩基沿结构面滑移诱导的结构大变形。采用视电阻率量化评估围岩的破坏程度,无支护结构体围岩的高阻区面积占模型的18.46%,而锚杆索支护结构体围岩的高阻区面积仅占模型的9.94%,与由超声波速反馈得到围岩松动圈基本一致。随着支护强度的增大,围岩内部裂隙发育与顶板离层量明显减小,其失稳破坏归结于浅部锚固结构失去护表作用、深部结构体出现错动滑移。

关键词：岩石力学结构体围岩锚杆索支护变形破坏多源信息承载能力

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无煤柱自成巷开采理论与110工法

采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 869-881页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

我国能源资源禀赋的特点决定了煤炭在今后相当长一段时间内仍将是我国的战略支柱能源,在能源强国建设方面具有重要的地位和作用。目前,我国井工煤矿普遍采用长壁留煤柱开采方式,存在资源浪费、巷道掘进量大、灾害频发及环境破坏等问题... 详细信息

我国能源资源禀赋的特点决定了煤炭在今后相当长一段时间内仍将是我国的战略支柱能源,在能源强国建设方面具有重要的地位和作用。目前,我国井工煤矿普遍采用长壁留煤柱开采方式,存在资源浪费、巷道掘进量大、灾害频发及环境破坏等问题。在系统总结我国煤炭地下开采发展历程的基础上,基于钱鸣高院士的“砌体梁”理论和宋振骐院士的“传递岩梁”理论,笔者提出了切顶短臂梁力学模型及平衡开采理论,明确了切顶碎胀充填卸压的力学机理,构建了无煤柱自成巷110工法配套工艺及关键技术。在此基础上,系统总结了110工法现场推广应用的效果,探讨了在综采放顶煤、高瓦斯煤层、冲击地压等复杂开采条件下,采用无煤柱自成巷110工法实现灾害源头治理的有效性。

关键词：无煤柱自成巷切顶卸压碎胀充填平衡开采灾害防控

卸载速率对卸载诱发页岩滑移行为影响的试验研究

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岩石力学与工程学报 2023年第8期42卷 1959-1972页

作者：季浩奇刘日成蔚立元李树忱王晓琳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

为研究卸载速率对卸载诱发页岩滑移行为的影响,利用MTS815岩石力学试验系统对接近临界应力状态下的含节理页岩进行恒轴压分级卸围压的诱发滑移试验,卸载速率分别为0.01,0.1,1和10 MPa/min。试验结果表明:(1)锯切节理面在滑移试验后表面... 详细信息

为研究卸载速率对卸载诱发页岩滑移行为的影响,利用MTS815岩石力学试验系统对接近临界应力状态下的含节理页岩进行恒轴压分级卸围压的诱发滑移试验,卸载速率分别为0.01,0.1,1和10 MPa/min。试验结果表明:(1)锯切节理面在滑移试验后表面的微凸体平均高度出现降低且粗糙度变大。随着卸载速率的增加,试样的表面粗糙度系数(JRC)分别上升了22.68%,44.82%,38.49%和49.89%。(2)试样滑移速度随着围压卸载速率的增加而增加,且在相同卸载速率下试样的准静态滑移平均速度比蠕变滑移平均速度大2个数量级。蠕变滑移平均速度分别为4.87×10^(-6),2.52×10^(-5),3.99×10^(-4)和3.29×10^(-3)mm/s,相应的准静态滑移平均速度分别为7.39×10-4,5.98×10^(-3),2.8×10^(-2)和1.2×10^(-1)mm/s。(3)试样在0.1 MPa/min卸载速率下发生滑移时的围压卸载量最小且摩擦强化效果最弱。在0.01 MPa/min卸载速率下试样的摩擦强度在长期的蠕变滑移中得到强化,在动态滑移中表现出摩擦弱化特征。试样在1和10 MPa/min的卸载速率下在较短时间内发生滑移,且试样在动态滑移中表现出摩擦强化特征。(4)根据试验结果分析卸载速率在0.1~1 MPa/min之间存在临界值,当试样在临界卸载速率下发生滑移时,围压卸载量最小,使得节理面上积聚的应变能较小,能量在滑移释放时主要作用于微凸体以突破互锁效应,因此滑移释放的能量最小且产生最小的剪切位移,这对岩体工程的安全保障具有重要意义。

关键词：岩石力学卸载诱发滑移卸载速率节理粗糙度摩擦因数

高温作用后砂岩-混凝土黏结界面拉伸力学特性研究

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土木工程学报 2023年第7期56卷 157-167页

作者：苏海健聂银江蔚立元封雨捷刘嘉伟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

热灾害频发对地下工程的安全性提出了挑战,尤其围岩-衬砌黏结界面作为地应力传递的“纽带”,对支护结构的稳定至关重要。文章对不同界面粗糙度的砂岩-混凝土组合圆盘开展25~800℃高温处理后的劈裂试验,结合单一材料性能、界面黏结机理... 详细信息

热灾害频发对地下工程的安全性提出了挑战,尤其围岩-衬砌黏结界面作为地应力传递的“纽带”,对支护结构的稳定至关重要。文章对不同界面粗糙度的砂岩-混凝土组合圆盘开展25~800℃高温处理后的劈裂试验,结合单一材料性能、界面黏结机理和组合圆盘的破裂演化过程,分析了粗糙程度、温度效应对界面拉伸强度和劈裂模式的影响。结果表明:组成围岩-衬砌结构的混凝土和砂岩的物理力学性能均随温度的升高出现一定程度的劣化,且前者受热损伤程度远大于后者。高温作用下,热裂隙并不局限于界面过渡区,而是主要汇集在砂岩和混凝土结构内部;同时,组合体的拉伸强度基本介于两种材料强度之间,说明岩-混凝土黏结界面未必是组合结构的薄弱面。存在以JRC=5.86的阈值粗糙度,砂岩-混凝土组合试样的拉伸强度以此为界先降低而后增强,这种强度变化趋势在25~400℃温度范围内相当显著(降幅介于49.11%~59.31%,增幅达56.13%~69.79%),而600℃和800℃加热后强度变化基本趋于平缓(降低24.09%~28.85%,无明显回升)。破裂演化过程表明,随着加热温度的提高,组合试样的劈裂模式由端部压剪破坏向中部拉伸破坏过渡;增大界面粗糙度使得界面从端部单点起裂向多点复合断裂转变。

关键词：黏结界面粗糙度高温效应拉伸强度破坏模式

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巷道锚杆锚固力学特性现场试验研究

中国矿业大学学报 2022年第1期51卷 16-23页

作者：靖洪文苏海健孟波赵振龙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

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能,采用锚杆拉拔系统,在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验,研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明:当锚固长度小于极限锚固长度时,锚杆极限锚固力... 详细信息

为了检测煤矿巷道原位锚杆锚固力学性能,采用锚杆拉拔系统,在大同矿区不同岩性巷道开展锚杆破坏性拉拔试验,研究了锚固长度、岩体强度和锚杆直径等对锚杆锚固力学特性的影响规律.结果表明:当锚固长度小于极限锚固长度时,锚杆极限锚固力与锚固长度呈线性正相关关系,围岩及杆体强度越高,锚固力-锚固长度关系曲线的线性斜率越大,煤层及含砂质岩层中锚固力-锚固长度的线性斜率分别为1.63和2.96,玻璃钢锚杆在煤层中对应的斜率仅为0.41;在钻孔孔径和锚杆材质等均相同的条件下,锚杆极限拉拔力的端头位移在15~20 mm之间;锚杆的锚固性能与围岩破裂程度以及围岩原位黏聚力具有正相关性.

关键词：煤矿巷道锚杆支护锚固力锚固长度现场拉拔

深部矩形底煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征研究

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采矿与安全工程学报 2022年第1期39卷 82-93页

作者：靖洪文吴疆宇孟波尹乾赵振龙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

为研究深部矩形煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征,以山东龙郓煤矿深部矩形底煤巷为背景,采用自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,从宏观尺度研究矩形底煤巷锚固围岩承载全过程的应力、变形和电磁辐射特征,获得锚杆... 详细信息

为研究深部矩形煤巷围岩破坏失稳全过程宏细观演化特征,以山东龙郓煤矿深部矩形底煤巷为背景,采用自主研制的深部地下工程结构失稳全过程模拟试验系统,从宏观尺度研究矩形底煤巷锚固围岩承载全过程的应力、变形和电磁辐射特征,获得锚杆支护和锚杆索支护模型的峰值强度比无支护模型分别增强31.49%和45.56%,其峰值位移同样增长76.00%和113.71%才破坏失稳的结论。在此基础上,通过颗粒流软件PFC2D建立锚杆索加固巷道围岩的“两介质-四界面”模型,并实现模型承载全过程不同位置测点的实时应力监测;从细观层面揭示不同支护方式下巷道围岩破坏失稳全过程内部的应力演化和裂纹发育规律,建立以锚固围岩的裂纹分布表征结构损伤程度的巷道失稳风险模型。结果表明,裂纹分布分形维数在无支护和锚杆支护模型达到其峰值强度的30%和70%前即已达1.3以上,具有巷道失稳风险。而锚杆索支护模型在整个承载过程中的裂纹分布分形维数始终低于1.3,表明巷道是稳定的。巷道锚固围岩破坏失稳的根本原因是首先始于锚固端岩体围岩的力链断裂和内部应力跌落,并逐渐向深部岩体和表层围岩2个方向发展。为此,提出阻断力链断裂和内部应力跌落的深部底煤巷“强帮护顶”支护原则,为深部煤巷防治片帮冒顶提供了新思路。

关键词：深部煤巷锚固结构变形破坏宏细观颗粒流

基于PFC3D-GBM的晶体–单元体尺寸比对花岗岩动态拉伸特性影响分析

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岩石力学与工程学报 2022年第3期41卷 468-478页

作者：张涛蔚立元鞠明和李明苏海健季浩奇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

为从矿物颗粒尺度上探究花岗岩的动态拉伸力学行为,提出一种新型的基于颗粒流方法(particle flow code,PFC)的三维等效晶质模型(grain-basedmodel,GBM),并利用FDM-DEM耦合建模技术构建三维分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar... 详细信息

为从矿物颗粒尺度上探究花岗岩的动态拉伸力学行为,提出一种新型的基于颗粒流方法(particle flow code,PFC)的三维等效晶质模型(grain-basedmodel,GBM),并利用FDM-DEM耦合建模技术构建三维分离式霍普金森压杆(splitHopkinsonpressurebar,SHPB)模拟系统。利用该系统对模拟岩样进行动态半圆弯拉(semi-circular bending,SCB)试验,探究试样破裂过程,并讨论晶体-单元体尺寸比对花岗岩动态拉伸力学行为的影响。研究结果表明:动载作用下的试样内部裂纹数目演化过程可分为萌生、缓慢增长、急速增长、趋于稳定4个阶段,且拉伸破坏是引起试样整体破裂的主要力学机制。随着晶体-单元体尺寸比的增加,试样晶内接触数量占总接触数量的比值逐渐上升并趋于稳定,而晶间接触占比则相应减小。试样破坏后产生的晶内裂纹数量占总裂纹数量的比值逐渐增大,导致试样发生宏观断裂时所需的外部荷载值上升,因此其动态抗拉强度上升且逐渐趋于稳定。PFC3D-GBM在研究晶质性岩石动力学方面具有可行性,是从矿物颗粒尺度上进行岩石力学探究的有力工具。

关键词：岩石力学三维矿物晶体模型晶体–单元体尺寸比动态拉伸微裂纹特征

氧化石墨烯和水泥基复合注浆材料胶结碎石的力学性能试验研究

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岩石力学与工程学报 2022年第9期41卷 1898-1909页

作者：高远靖洪文喻梓轩吴疆宇尹乾符光平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

为探索高效、绿色的注浆材料,将水泥基浆体质量占比为0.03%的工业级氧化石墨烯配合上质量占比为12.5%的粉煤灰,混入胶结材料中加固碎裂岩体,并开展单轴压缩、声发射监测和电镜扫描试验,研究氧化石墨烯复合水泥基胶结材料加固碎裂岩体的... 详细信息

为探索高效、绿色的注浆材料,将水泥基浆体质量占比为0.03%的工业级氧化石墨烯配合上质量占比为12.5%的粉煤灰,混入胶结材料中加固碎裂岩体,并开展单轴压缩、声发射监测和电镜扫描试验,研究氧化石墨烯复合水泥基胶结材料加固碎裂岩体的强度和变形特性,以及破坏后的宏、微观特征,探讨氧化石墨烯对水泥基胶结材料的优化作用和应用前景。试验结果表明:改性后的浆液可以有效提升胶结后碎裂岩体的抗压强度(提高12.6%~22.5%)。氧化石墨烯可以促进水泥的水化反应,引导水化产物在石墨烯纳米片表面生长,进而优化注浆材料中的孔隙结构,并缩减浆体和碎裂岩体界面间的微裂隙。声发射、电镜表征和分形分析揭示掺入氧化石墨烯可以有效地减小试样在破坏过程中的微损伤程度,保证胶结后试样在失稳破坏过程中的完整性,增强材料的韧性及其抗负载作用的能力。

关键词：岩石力学工业级氧化石墨烯水泥粉煤灰碎裂岩体力学性能

高温–水冷却花岗岩动态压缩力学特性的应变率效应研究

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岩石力学与工程学报 2022年第S01期41卷 2615-2625页

作者：蔚立元武东阳张涛苏海健刘日成吴梁瑞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

为探究高温–水冷却花岗岩的应变率效应,使用MXQ1700箱式气氛炉制备200℃,400℃,600℃,800℃和1000℃共5种高温花岗岩试样并用水冷却,随后利用分离式霍普金森压杆系统对常温试样和高温–水冷却花岗岩试样进行4种不同冲击速率的动态压缩... 详细信息

为探究高温–水冷却花岗岩的应变率效应,使用MXQ1700箱式气氛炉制备200℃,400℃,600℃,800℃和1000℃共5种高温花岗岩试样并用水冷却,随后利用分离式霍普金森压杆系统对常温试样和高温–水冷却花岗岩试样进行4种不同冲击速率的动态压缩试验(冲击气压分别为0.30,0.40,0.50和0.60MPa)。此外,还通过压汞和扫描电镜试验获得高温–水冷却花岗岩试样的孔径分布、孔隙率和微观形貌。微观结果表明:试样内部损伤以400℃为界可分为两个阶段,400℃之前,高温–水冷却花岗岩试样内部以微孔和小孔为主,孔隙率低于2.20%,损伤较小,当温度超过400℃后,内部中孔比例快速增加,孔隙率上升,损伤随温度升高而加剧。应变率效应方面:在相同温度条件下,高温–水冷却花岗岩试样的动态峰值应力和峰值应变均随应变率的增加而增大,而弹性模量的应变率效应不明显;花岗岩试样破碎程度随损伤的增加而加剧,且分形维数随着应变率的增大而增加;分析内部损伤和外界冲击速度对花岗岩试样应变率的影响,并获得应变率随内部损伤和冲击速度变化的拟合公式。

关键词：岩石力学高温–水冷却霍普金森压杆系统动态力学性能应变率效应