影响断层活化的破碎带特征参数敏感性分析北大核心CSCD

为研究破碎带对断层活化的影响,选取破碎带宽度、岩石内摩擦角、粘结系数及抗拉强度作为破碎带的特征参数,采用FLAC3D模拟工作面推进对断层的影响,借助正交表确定模拟方案,通过对正交试验结果进行方差分析,以此研究影响断层活化的破碎带特征参数敏感性。结果表明:破碎带特征参数对断层活化的敏感性主次顺序为破碎带宽度﹥岩石内摩擦角﹥岩石粘结系数﹥岩石抗拉强度,且断层破碎带宽度越大,岩石内摩擦角越小,断层活化可能性也就越高,而岩石粘结系数与抗拉强度对断层活化影响较小。     

破碎带宽度对断层活化及煤柱留设的影响研究

为研究不同宽度的断层破碎带对防水煤柱留设的影响,通过对断层活化进行力学分析,得出断层活化的必要条件是断层带内岩石的黏结系数小于等于临界值Cmax,且断层带所受法向应力与剪切应力是影响该临界值的主要因素。利用数值模拟软件,建立不同破碎带宽度的数值模型,对断层活化及煤柱留设进行模拟。结果表明:当工作面距断层60 m内时,由于黏结系数临界值Cmax的迅速减小,断层活化危险性显著提高,且断层破碎带宽度越大,断层越容易发生活化;通过分析采场塑性区分布图,得出煤柱临界尺寸随破碎带宽度的增加而呈线性增长的规律。研究结果对断层合理留设煤柱具有重要的参考价值。     

断层带边界岩体采动应力特征相似材料模拟研究

为了研究断层带边界岩体的采动应力特征,以龙东煤矿F张断层两侧岩体地层为原型,建立了断层带相似材料模型,对煤柱缩小过程中,近断层带煤层底板采动应力特征及断层带两侧岩体应力变化规律进行了跟踪监测。研究结果表明:随着工作面的推进,超前支撑应力在煤层底板下30m处,反应最为明显;当煤柱宽度减小至30m时,底板集中应力达到最大值为127.64kPa,应力集中系数2.8;煤柱宽度20m时,煤层底板深部近断层带附近开始明显卸压,同时断层带两侧应力变化出现明显差异,显示出断层带对应力传递的影响,上下盘表现出不同的采动特征,容易造成断层的"活化",研究结果可为断层煤柱的合理留设和巷道布置提供依据和参考。     

毕机沟露天矿岩体力学参数折减系数的数值模拟确定

岩体力学参数是边坡设计、边坡稳定性研究的基本条件,力学参数选取正确与否直接影响模拟结果的准确性。现场试验获取岩体力学参数既昂贵又费时,一般借助室内岩石力学试验并进行参数折减得到岩体力学参数,但各方法折减系数差异较大。依据毕机沟露天矿边坡开挖现状,结合工勘的岩石质量指标RQD,在室内岩石物理力学性质试验的基础上,应用拉格朗日有限差分法(FLAC-3D),分别研究单一参数变化及正交变化的边坡稳定性。正交试验中以边坡水平位移为评价指标,选择围岩体3个基本力学参数弹性模量E、内摩擦角Φ、黏聚力C为试验因素,计算模拟各参数不同水平组合下的位移分布,通过极差分析和方差分析,得出各参数对水平位移的影响显著性。结合边坡的应力分布,从而综合确定该矿山的岩体力学参数折减系数。     

砂卵石地层中影响盾构管片内力的多因素敏感性分析

为了分析砂卵石地层物理参数对盾构管片内力的影响,以呼和浩特地铁典型地层为例,设计7种工况,通过"荷载-结构"模拟计算,对比分析6个地层物理参数对管片内力的影响,进而得出单因素敏感性结论;再以此为基础,采用正交试验原理和极差分析方法,充分考虑各地层物理参数相互作用,研究分析多因素敏感性。结果表明:黏聚力和垂直基床系数对管片内力几乎无影响;影响管片内力的地层物理参数多因素敏感性等级由高到低分别为水平基床系数、静止侧压力系数、内摩擦角、重度;为进一步深入研究水土与管片的关系奠定了基础,对类似工程分析提供借鉴。     

临近断层工作面采动诱冲规律研究*

为研究临近断层工作面采动诱冲规律,首先对开采与断层应力之间的影响进行理论分析,再利用正交实验设计合理的实验方案,采用有限元软件FLAC3D对各方案进行数值模拟实验,提取25组数值模拟实验数据,最后基于层次分析法对各影响因素的组合权重进行理论计算,分析各影响因素对断层冲击地压的影响大小。结果表明:开采深度对断层冲击地压的影响最大,断层内摩擦角次之,断层黏聚力影响最小,且断层黏聚力和开采深度对断层冲击地压影响的差异较大。     

浅议综采工作面漏顶事故原因与防治对策——基于长春羊草煤业股份有限公司顶板事故的分析

在煤炭的开采过程中,不可避免地会遇到断层和褶皱构造,给煤矿的生产和安全带来很大影响。因为断层带岩石破碎,地表水和含水层中的水会沿着断层带涌入井下,断层破碎带又是瓦斯良好的通道,常常在此处积聚很多瓦斯;而褶皱构造,特别是在背斜的轴部,因岩层受到拉伸应力的作用,裂隙比较发育,若再遇到煤层顶板岩性为粉砂质泥岩、高岭石泥岩、条带细沙岩等,围岩的破碎情况将更为严重,易发生大块矸石冒落。当采掘工作面通过这些地质单元时,对顶板的稳定性、整体性将有较大影响。给采掘和支护工作带来很大的困扰,不仅要防水、防瓦     

工作面回采诱发多断层活化对地表建筑物的影响分析

为了研究工作面回采诱发多断层活化对附近村庄内民房的影响,结合杨河煤矿地质采矿条件及裴沟村的地理位置,通过现场调查民房破坏情况划分了建筑物的采动损坏等级,证明了利用岩层边界角计算由断层活化引起的采动影响范围的不合理性;分析村庄内的地表移动破坏特征确定了断层活化的事实;运用FLAC3D数值模拟揭示了断层活化地表移动变形的特点;综合以上研究,提出了由断层活化造成民房损害的鉴定方法。结果表明:多断层活化具有多米诺骨牌效应,工作面回采产生的破坏,在断层之间依次传递,扩大了开采沉降的范围,增加了受损民房的数目;断层活化的地表倾斜值并非随着远离采空区边界逐渐减小,而是先减小,后增大,造成部分民房破坏加剧;提出以地表移动破坏特征判断断层是否活化、数值模拟确定采动影响范围、民房损害等级划分确定民房受损数目的鉴定方法。     

高温高湿巷道内不稳定换热系数影响因素分析及模型建立*

为研究高温高湿巷道不稳定换热系数的变化规律,采用Fluent软件对高温高湿巷道内的热湿交换进行数值模拟,通过单因素和正交模拟实验探讨风流温度、风流速度、岩石导热系数、原岩温度以及巷道当量直径对高温高湿巷道不稳定换热系数的影响。研究结果表明:高温高湿巷道不稳定换热系数随时间的变化规律与普通巷道一致,均与通风时间呈负相关,但通风时间为1 a的高温高湿巷道不稳定换热系数较普通巷道增加了12.5%。通过单因素分析得到风流速度、岩石导热系数和当量直径与不稳定换热系数呈正相关。通过极差分析得到各因素对不稳定换热系数的影响程度为:岩石导热系数>当量直径>风流速度>风流温度>原岩温度。利用SPSS软件对正交实验数据进行拟合,建立不稳定换热系数的计算模型,拟为高温高湿巷道内热负荷计算及井下风温预测提供参考。     

直边坡参数对边坡稳定性的影响

采用量纲分析的方法给出直边坡几何参数和物理力学参数决定边坡稳定系数的通式。首先,边坡高度H和边坡角α被确定为直边坡的几何参数,抗拉强度σt、黏聚力C、内摩擦角和岩土比重γ被确定为直边坡的物理力学参数;其次,采用量纲分析的方法,形式上给出边坡稳定系数F的通式,F=qαpα(C/Hγ)pcφpφ(σt/Hγ)pσ;再次,为了得到待定系数q和待定指数pα、pc、pφ、pσ,通过最小二乘法对数万个计算结果进行回归分析(每个结果都是通过FLAC计算将确定的直边坡参数与它的稳定系数形成对应)。结果表明,在一定的取值范围内,边坡稳定系数的表达式为F=4.63/α(C/Hγ)0.17φ0.83。可见,受MohrCoulomb和拉应力两个强度准则控制的岩土材料形成的直边坡的稳定性受无量纲的黏聚力、边坡角(角度)、内摩擦角(角度)的控制,与抗拉强度关系不大。无量纲黏聚力是黏聚力除以边坡高度和岩土比重。     

岩体强度参数新解及应用

针对Hoek Brown强度准则的较复杂地质参数,提出利用Mohr Coulomb强度准则参数替代。基于2002年版本的Hoek Brown强度准则,并结合准岩体强度准则,建立了岩石力学参数和Hoek Brown强度参数之间的新的换算关系式。经算例分析了换算关系式在已知的岩体强度参数条件下,计算出的Hoek Brown强度参数均在其取值范围之内;并根据单因素控制变量法,得出地质参数mb、s随内聚力增加而减小,随内摩擦角增加而增加;地质参数α受内聚力和内摩擦角影响较小;并将强度参数新解法用于计算巷道围岩塑性区半径。结论是岩石力学参数对地质参数有一定的影响,并且强度参数新解法计算出的塑性区半径为支护定量设计提供理论依据。     

考虑峰后软化的圆形巷道稳定性分析及工程应用

为获得更准确的巷道围岩应力分布和变形特征,基于统一强度理论,考虑围岩塑性软化和中间主应力的影响,引入塑性软化参数,推导出巷道围岩弹塑性区应力、塑性区范围和位移的表达式。通过算例分析,得到塑性软化系数和中间主应力等相关参数对巷道围岩应力分布、塑性区半径和位移的影响规律。研究结果表明:随内摩擦角软化系数和黏聚力软化系数的增大,围岩塑性区半径和位移呈现先急剧后缓慢的减小趋势;中间主应力系数对巷道围岩弹塑性应力有着显著影响,中间主应力系数越大,围岩塑性区半径和位移越小。     

单一闭合裂纹在单轴压缩下对岩体破裂过程的影响

基于断裂力学理论研究了无限大薄板内单一闭合裂纹的破裂规律,从II型断裂准则出发,详细推导了单轴压缩下裂纹破裂强度的解析表达式,且定量的分析了裂纹倾角、长度和摩擦系数对岩体破裂过程的影响,运用数值软件RFPA2D对其进行验证,二者具有较好的一致性。研究结果表明,单轴压缩下,含闭合裂纹岩体的强度是由裂纹强度决定的,且随裂纹倾角的增大呈现出先减小后增大的趋势,裂纹长度越大,摩擦系数越小岩体强度就越小。     

考虑岩石抗拉强度受围压影响的地层破裂压模型

预测地层破裂压力是地下流体注入工程中的关键问题，关系到工程的稳定性和安全性。根据地测资料，岩石的抗拉强度会随着围压产生变化，然而目前常见的地层破裂压预测模型均未考虑该因素。基于厚壁圆筒法，针对2种砂岩开展不同围压条件下的砂岩致裂试验，根据试验数据，计算各组试验中试样的抗拉强度，并拟合围压与岩石抗拉强度的关系函数。研究岩石抗拉强度随围压变化的规律，提出能在实际地层中表征该规律的参数，基于该参数对现有的地层破裂压模型进行修正，并结合实测数据验证修正模型的可靠性。研究结果表明:岩石的抗拉强度随着围压的增加呈现明显的线性正相关关系，低围压下，新模型的预测结果与实测数据较为接近。随着围压增加，二者的差异逐渐增大，说明选取的特征参数在低围压下能较好地描述抗拉强度受围压的影响效应，而高围压下参数的取值需进一步研究。     

考虑岩土体剪胀特性的边坡稳定性分析*

为考虑岩土体剪胀特性对边坡稳定性的影响，基于非关联流动法则，利用等效内摩擦角的概念对原抗剪强度参数进行修正，以修正后的等效参数c*，φ*探讨剪胀角对岩土体强度的影响，结合传统强度折减法以及基于临界曲线的双系数折减法，求解基于修正后等效参数计算的边坡安全系数，并给出安全系数的取值方法。结果表明:采用等效参数来考虑剪胀角的影响是可行的；随剪胀角的增大安全系数增大，且增长速度变缓，剪胀角在0~25°范围内对安全系数的影响显著，在实际工程计算中需要考虑剪胀角对边坡稳定性的影响；基于临界曲线的双系数折减法可较为直观地体现出剪胀角的影响程度，在研究剪胀角对边坡稳定性的影响时可采用此方法进行分析。     

深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区预测研

为了预测深部大跨度泥质顶板剪切冒落失稳区范围,基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学特性,获得了基于Mohr-Coulomb理论的泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化的力学模型及参数,构建了深部大跨度泥质巷道数值模型,提出了泥岩峰后各强度参数变化对巷道顶板剪切破坏区的影响范围。结果表明:泥岩在峰后剪切破坏过程中具有明显的黏聚力软化-内摩擦角硬化特性;基于泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算获得的巷道顶板剪切冒落高度小于黏聚力软化-内摩擦角软化的计算高度;巷道顶板潜在剪切破坏区位置及范围与泥岩峰后黏聚力软化-内摩擦角硬化计算结果十分接近。     

基于基本顶断裂位置分析剩余煤柱稳定性*

为简化支承应力表达式及全面分析煤柱稳定性,基于基本顶断裂位置建立工作面剩余煤柱载荷力学模型,将指数函数型支承应力曲线简化为与其拟合的幂函数抛物线,推导出剩余煤柱载荷及极限宽度B表达式。计算得出312工作面基本顶断裂位置与非开采帮塑性区边缘距离d为8.6~11.5 m,B为8.06~8.85 m。研究结果表明:随着d增加,煤柱载荷及B均逐渐增大;B随煤层黏聚力与内摩擦角的增加而减小,随煤层埋深、应力集中系数、侧压力系数、煤层厚度及工作面采高的增加而增大。研究结果有助于更加全面地分析煤柱稳定性,为工程实践提供一定理论指导。     

主、次裂隙对岩石变形破坏机制的影响研究

为研究主、次裂隙在近似T型分布下对岩石变形破坏机制的影响,基于含主、次裂隙类岩石试件的单轴压缩试验及线弹性断裂力学理论,研究了轴向压缩下由夹角变化引起裂隙岩石中主、次裂隙应力场的变化规律,并进一步探究了其对岩石强度与变形特征的影响。研究结果表明:次裂隙的存在对单一裂隙试件的强度特征有明显影响,含次裂隙试件强度降至单一裂隙试件的30.2%~47.5%;裂隙夹角由30°增加至60°时引起主裂隙相交节点两侧剪应力方向由同向转变为异向,由应力的叠加转变为应力的抵消,对裂隙岩石的破坏过程产生抑制作用,从而增强岩石的峰值强度;相较于裂隙间应力场的相互影响,新增裂隙数量所增加的能量消耗引起的强度特征变化更为显著。