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冲击荷载下全尾砂胶结充填体断裂特性与能耗特征分析

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岩土力学 2023年第S01期44卷 186-196页

作者：姜明归孙伟李金鑫樊锴刘增昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南理工大学云南省中−德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室云南昆明650093

为研究冲击荷载作用下全尾砂胶结充填体断裂特性及能耗特征,借助分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统,开展中等应变率下不同灰砂比充填体的单轴冲击试验。结果表明:灰砂比相同时,充填体的峰前应变能、吸收... 详细信息

为研究冲击荷载作用下全尾砂胶结充填体断裂特性及能耗特征,借助分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统,开展中等应变率下不同灰砂比充填体的单轴冲击试验。结果表明:灰砂比相同时,充填体的峰前应变能、吸收能、峰前应变能密度及吸能密度均随入射能的增加呈指数函数递增规律;当入射能小于16 J时,灰砂比为1︰6的充填体的吸能密度、峰前应变能密度、吸收能及峰前应变能比灰砂比1︰4与1︰8的更大;相同峰值强度、入射能、峰前应变能及吸收能下,充填体的断裂韧度均随灰砂比的增大而逐渐增大;充填体的断裂韧度随着动态峰值强度、吸能密度及峰前应变能密度的增加呈线性增长,而随着入射能、峰前应变能及吸收能的增加呈指数函数递增规律,灰砂比为1︰4的充填体断裂韧度随吸能密度、峰前应变能密度的增幅是灰砂比为1︰6和1︰8的2~3倍;基于应变能密度、能耗与应变的增长规律,可将充填体的损伤破坏演化过程划分为非线性压密、线弹性变形、弹塑性变形、峰后破坏4个阶段;通过对充填体试验结果回归分析,从能耗角度得出充填体断裂韧度的计算公式,可为井下充填体的稳定性分析提供参考。

关键词：充填体断裂韧度能量耗散冲击荷载应变能密度吸能密度

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均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理试验研究

采矿与岩层控制工程学报 2023年第3期5卷 20-27页

作者：牛向东侯克鹏孙华芬昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室云南昆明650093

为探究均匀放矿过程中细粒冰碛物的穿流机理,以普朗铜矿地表细粒冰碛物为研究对象,利用室内三维物理模型试验方法,开展了细粒冰碛物覆盖层下的粗颗粒矿石均匀放矿试验研究。研究结果表明:均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理主要受“孔隙... 详细信息

为探究均匀放矿过程中细粒冰碛物的穿流机理,以普朗铜矿地表细粒冰碛物为研究对象,利用室内三维物理模型试验方法,开展了细粒冰碛物覆盖层下的粗颗粒矿石均匀放矿试验研究。研究结果表明:均匀放矿过程中细粒冰碛物穿流机理主要受“孔隙填充机制”控制,其穿流程度取决于粗颗粒矿石放矿过程中随机产生的孔隙大小和数量;冰碛物颗粒粒径越小,其穿流速度越快,穿流效果越显著,穿流时间越短;根据试验过程中细粒冰碛物穿流规律,构建了细粒冰碛物穿流机理概化模型,结果显示细粒冰碛物和粗颗粒矿石相对运动是造成细粒冰碛物穿流的内在因素,细粒冰碛物和粗颗粒矿石相对运动越显著,细粒冰碛物穿流越明显。研究结果对揭示细颗粒穿流特性提供一定理论支撑,同时对细颗粒物质覆盖层下的崩落法矿山灾害防控及矿石贫化控制具有实际工程意义。

关键词：均匀放矿细粒冰碛物穿流概化模型孔隙填充机制物理试验模型

基于核磁共振技术的白云岩卸荷损伤与渗透特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2019年第S02期38卷 3493-3502页

作者：李克钢杨宝威秦庆词昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间利用重点实验室云南昆明650093

深部岩体工程往往面临开挖卸荷效应日益增强、节理裂隙愈加发育、强地下水环境等复杂的工程地质问题。为掌握开挖卸荷对岩体力学特性和渗透特性的影响规律,以白云岩为试验对象,开展不同卸荷围压比△σ(100%,90%,60%,30%,0)和不同孔隙压... 详细信息

深部岩体工程往往面临开挖卸荷效应日益增强、节理裂隙愈加发育、强地下水环境等复杂的工程地质问题。为掌握开挖卸荷对岩体力学特性和渗透特性的影响规律,以白云岩为试验对象,开展不同卸荷围压比△σ(100%,90%,60%,30%,0)和不同孔隙压力P(0,5,10MPa)下的三轴卸荷渗透试验,并借助核磁共振技术对试验前后的岩石孔隙度进行测试,以阐述岩石卸荷损伤及渗透特性演变规律。试验结果表明:不同孔隙水压下岩石的卸荷变形规律基本一致,均经历平稳过渡→匀速增长→快速增加→急剧扩张4个阶段,且岩石所能承受的应变极限几乎相等,与之相对应,卸荷过程中岩石渗透率亦具有缓慢渗透→稳定渗透→加速渗透→渗透突增四级演变特征;孔隙水压的存在加速了岩石内部裂隙的产生和扩展,孔隙水压力越大,孔隙度越大,渗透率越大,孔隙度、变形和渗透率具有显著的正相关,但相比孔隙水压,卸荷围压比对岩石变形影响更大,当△σ>60%后,岩石中的裂隙数量和贯通程度会发生突增,说明强烈的开挖卸荷可导致岩体宏观破坏面的形成进而使渗透能力急剧增大,这对地下水丰富地段的地下工程施工安全不利。

关键词：岩石力学核磁共振孔隙水压卸荷损伤演化渗透特性

非均质性岩石材料损伤失效准则及其失效行为研究

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岩石力学与工程学报 2021年第9期40卷 1812-1825页

作者：秦庆词李克钢李明亮刘博昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省中–德蓝色矿山与特殊地下空间利用重点实验室云南昆明650093

岩体作为一种具有自承载能力的天然非均质材料,其失效过程具有显著不确定性。为了建立一个能够用于评估岩石材料失效的损伤准则,结合强度准则与统计损伤力学理论,建立材料临界损伤与塑性变形之间的关系,将塑性指标g引入损伤演化方程,推... 详细信息

岩体作为一种具有自承载能力的天然非均质材料,其失效过程具有显著不确定性。为了建立一个能够用于评估岩石材料失效的损伤准则,结合强度准则与统计损伤力学理论,建立材料临界损伤与塑性变形之间的关系,将塑性指标g引入损伤演化方程,推导出2种岩石损伤失效准则,并采用2种岩石17组三轴压缩试验结果对所建立的损伤失效准则进行了对比论证分析,论证了其合理性和准确性;同时,依据所建立的损伤失效准则,建立一种非均质材料损伤等级划分参考标准,并给出各损伤等级临界值计算方法,探索岩石材料在不同围压下的损伤失效行为。研究结果表明:(1)试验结果实测值均处于所建立的损伤失效准则理论预测值99%的置信带内,预测精度高;(2)材料塑性指标g越大,均质性越差,岩石压拉比越小;临界损伤Dcr越大,材料抗损伤性能越好,其结构性破坏对轻微损伤越不敏感;(3)随围压的增加,岩石材料失效时的损伤速率呈快速下降趋势,围压对材料的损伤具有抑制作用;(4)可将岩石材料的渐进失效过程划分为:I级(基本完好)、II级(轻微破损)、III级(中度破坏)、IV级(严重破坏)4个损伤等级,其损伤等级的界限值与材料的均质性直接关联。以上研究成果可定量评估不同围压环境下岩石材料的损伤状态和损伤极限,并为工程岩体损伤失效性分析提供重要理论指导。

关键词：岩石力学非均质性临界损伤失效准则损伤等级塑性指标

冲击荷载作用下分层充填体能量演化与破坏模式分析

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材料导报 2023年第20期37卷 87-95页

作者：李金鑫孙伟李兆宇陈冲刘增姜明归樊凯昆明理工大学国土资源工程学院云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室北京科技大学土木与资源工程学院

充填体破坏的实质是能量吸收与耗散，为得到冲击荷载作用下分层充填体的能量演化与破坏模式，采用φ50 mm霍普金森压杆测试系统，研究不同应变率、不同层间质量浓度对分层充填体动力学特性、能量演化及破坏模式的影响规律。结果表明，... 详细信息

充填体破坏的实质是能量吸收与耗散，为得到冲击荷载作用下分层充填体的能量演化与破坏模式，采用φ50 mm霍普金森压杆测试系统，研究不同应变率、不同层间质量浓度对分层充填体动力学特性、能量演化及破坏模式的影响规律。结果表明，分层充填体的动态峰值强度随平均应变率的增加而增大，且充填体所受各能量值与平均应变率呈正相关。随分层充填体平均质量浓度的增加，充填体的透射能逐渐减小，吸收能逐渐增大，且中间分层质量浓度的改变对充填体的动态峰值强度及能量演化规律均产生较大影响；由LS-DYNA数值模拟及实验结果可知，分层充填体的破坏主要发生于浓度较低的充填体层且易沿分层面处发生断裂现象。本研究成果可为井下分层充填体的强度值设计提供理论依据。

关键词：分层充填体动态峰值强度动态强度增长因子破坏模式能量耗散

煤冲击倾向性分类模型的指标无量纲化影响研究

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中国安全科学学报 2019年第11期29卷 20-25页

作者：王超李岳峰张成良刘磊黄许超昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室云南昆明650093

为准确评判煤的冲击倾向性类别,并解决国家标准中的模糊综合评判方法难以判别8种样本的难题,引入Bayes判别分析方法,选取动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数和单轴抗压强度作为评判指标,将110组冲击倾向性实测数据作为训练样本,... 详细信息

为准确评判煤的冲击倾向性类别,并解决国家标准中的模糊综合评判方法难以判别8种样本的难题,引入Bayes判别分析方法,选取动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数和单轴抗压强度作为评判指标,将110组冲击倾向性实测数据作为训练样本,构建Bayes判别模型;采用4种无量纲化方法处理评判指标的原始数据,建立对应的判别模型,并开展无量纲化方法对模型判别准确率的影响研究。结果表明:基于归一化法无量纲化处理的Bayes模型的判别准确率最高,达到98.2%,该模型应用在10个工程实例的判别结果与实际情况完全一致,而且避免了指标相关性对冲击倾向性分类结果的影响。

关键词：冲击地压冲击倾向性指标相关性无量纲化 Bayes判别模型影响分析

恒定动载下高温水冷后玄武岩的动力特性及本构模型

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爆炸与冲击 2023年第6期43卷 60-73页

作者：徐泽辉何童杜光钢刘磊昆明理工大学公共安全与应急管理学院云南昆明650093 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 昆明理工大学云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室云南昆明650093

为研究地应力、地温和动力扰动下岩石的动力特性,利用带围压的分离式霍普金森压杆装置,对常温(25℃)和经历不同高温水冷(100、300、450和600℃)后的玄武岩试样开展了恒定动载下不同围压等级(2、4和6 MPa)的动态压缩实验,借助静态力学实... 详细信息

为研究地应力、地温和动力扰动下岩石的动力特性,利用带围压的分离式霍普金森压杆装置,对常温(25℃)和经历不同高温水冷(100、300、450和600℃)后的玄武岩试样开展了恒定动载下不同围压等级(2、4和6 MPa)的动态压缩实验,借助静态力学实验及微观实验的测试结果,分别探讨了温度和围压对玄武岩动态力学特性及破坏特征的影响规律,并基于Weibull分布理论,构建了恒定动载下高温水冷后玄武岩的动态本构模型。结果表明:3组围压下,玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在温度劣化效应,且围压越高,温度劣化效应越显著;常温和经历100~600℃高温水冷后玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在围压强化效应,但该围压强化效应在600℃时有所减弱。围压一定时,随着温度的升高,试样的破碎程度不断加剧;温度一定时,随着围压的升高,试样的破碎程度逐渐降低。所建立的玄武岩动态本构模型与实验结果具有较好的一致性,可用于预测玄武岩在高温水冷和主动围压耦合作用下的动态力学行为,从而为地下资源开发及地下工程防护提供理论支持。

关键词：岩石动力学高温水冷动力特性破坏特征本构模型

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基于改进综合赋权的岩爆倾向性评价方法研究

岩石力学与工程学报 2020年第S01期39卷 2751-2762页

作者：李克钢李明亮秦庆词昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 云南中–德蓝色矿山与特殊地下空间利用重点实验室云南昆明650093

为了解决岩爆倾向性评价中指标权重计算随机性大导致预测精度偏低以及岩爆倾向性等级评判过于单一化等问题,提出一种基于改进综合赋权的岩爆倾向性评价方法。综合选取岩性条件、应力条件和围岩条件对应的15个因素作为岩爆倾向性判别指标... 详细信息

为了解决岩爆倾向性评价中指标权重计算随机性大导致预测精度偏低以及岩爆倾向性等级评判过于单一化等问题,提出一种基于改进综合赋权的岩爆倾向性评价方法。综合选取岩性条件、应力条件和围岩条件对应的15个因素作为岩爆倾向性判别指标,应用综合赋权方法,获得综合权重,在此基础上,分别采用云正态模型和理想点法对具体工程案例的岩爆倾向性进行评价,判断岩爆倾向性等级,验证方法准确度与可靠性。研究结果表明:能量储耗指数k,T准则,动态DT参数、弹性能量指数W_(et)和应力指数S五个指标对岩爆倾向性影响较大,改进综合赋权法计算得到的指标权重结果更加合理,而与理想点法相比,云正态模型获得的岩爆倾向性等级评价结果要更加准确,研究结果将为矿山、隧道、水电站等岩土工程岩爆倾向性预测问题提供新思路。

关键词：岩石力学岩爆倾向性预测改进云模型理想点综合权重

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双空孔间距对爆破槽腔断面大小的影响

爆炸与冲击 2022年第11期42卷 131-142页

作者：李祥龙张志平王建国李强王子琛昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 昆明理工大学云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室云南昆明650093 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了探究空孔间距对巷道掘进掏槽爆破效果的影响,基于大红山铜矿某巷道建立有限元数值模型,计算双大直径空孔不同布孔间距条件下的掏槽爆破成腔断面积,并对最优方案开展现场验证。研究结果表明:空孔间距d_(v)=15 cm时,槽腔断面积为0.164... 详细信息

为了探究空孔间距对巷道掘进掏槽爆破效果的影响,基于大红山铜矿某巷道建立有限元数值模型,计算双大直径空孔不同布孔间距条件下的掏槽爆破成腔断面积,并对最优方案开展现场验证。研究结果表明:空孔间距d_(v)=15 cm时,槽腔断面积为0.1641 m^(2);当d_(v)增加到d_(v)=25 cm时,槽腔断面积为0.2116 m^(2),断面积增大28.94%;当d_(v)增加到35 cm时,槽腔断面面积为0.2436 m^(2),断面积增大15.1%;但当d_(v)增大到45 cm时,槽腔面积为0.1740 m^(2),断面积减小17.8%;当d_(v)增大到55 cm时,槽腔面积为0.0951 m^(2),断面积减小45.3%。对成腔断面积最大的空孔间距d_(v)=35 cm的布孔方案进行现场试验,2号现场试验测得槽腔断面宽度、高度及断面积分别比模拟结果小4.0%、3.4%和4.98%,多次试验与模拟结果误差均在5%以内,能够为地下巷道掏槽爆破成腔体积预测的数值方法构建提供数据参考。

关键词：掏槽爆破数值模拟空孔间距空孔效应槽腔断面