改进西原蠕变模型研究及二次开发计算

为了研究黏土在不同应力水平下的蠕变规律,基于软黏土流变模型及已有的黏土蠕变试验结果,分析3种常用的经验蠕变模型对软土蠕变研究适用性,提出幂函数非线性元件,在传统西原模型的基础上引入非线性黏塑性体(NVPB)构成改进的西原模型。研究结果表明：幂函数描述黏土在低应力和高应力条件下所表现的变形特点都有着较高的准确度,改进西原模型能够较好地描述黏土蠕变的非线性问题以及黏土在高应力水平下的加速蠕变变形。利用自定义本构程序开发接口UMAT对该模型进行二次开发并对模型进行验证。改进的西原模型对比经典西原模型能够更好地描述在不同应力水平下软土的的蠕变变形特征。研究结果可为软土地区沉降预测提供理论参考。     

基于广义伯格斯模型的岩石损伤蠕变模型

为了描述岩石加速蠕变阶段的非线性黏塑性变形特征,首先对Kachanov提出的损伤律公式进行积分,推导出损伤变量在加速蠕变阶段随应力和时间的演化方程;然后将理想黏塑性模型中的黏性参数用有效黏性参数来代替,从而建立黏塑性损伤体,将其与广义伯格斯模型中的六元件模型串联,得到一种新的岩石损伤蠕变模型;根据塑性力学推导该模型的三维蠕变方程,采用泊江海子煤矿中砂岩和砂质泥岩的三轴压缩蠕变试验数据验证模型的有效性。结果表明:新的损伤蠕变模型理论曲线与蠕变试验曲线吻合较好,用该损伤蠕变模型可以较好地描述这2种岩石的非线性加速蠕变特性。     

矩形巷道围岩应力解析解

为得出矩形断面巷道围岩应力分布特征,采用复变函数解法对矩形巷道围岩弹性应力进行解析,得出了应力分量的曲线坐标表达式;分析了巷道高宽比和侧压对围岩应力的影响.结果表明,高宽相等时巷道最大应力最小,边界最大应力随侧压系数增大而增大.无论侧压和高宽比如何变化,四角附近区域应力集中系数均最大.同高宽比情况下,随侧压增加,矩形巷道径向应力的峰值近似呈线性增加,环向应力峰值减小,径向应力和环向应力峰值均向围岩内部迁移.相同侧压下,随巷道高宽比增大,径向应力和环向应力峰值均向围岩内部迁移.相同高宽比和侧压下,距离巷道右帮越远,径向应力越大,环向压应力先增后减.     

基于未确知聚类法的巷道围岩稳定性预测

针对影响巷道围岩稳定性的因素多且具有不确定性和隐蔽性的特点,选取实测RQD值、单轴抗压强度、隙壁状态3个主要影响因素作为判别指标,利用未确知测度理论,建立巷道围岩稳定性预测模型。利用25组巷道围岩资料作为模型构建样本,以样本均值为聚类中心,采用信息熵理论确定各判别指标的权重,从而计算样本的多指标综合测度;根据最小未确知测度距离原理判断样本所属类别,进而对巷道围岩稳定性进行预测,且用逐一回代的方法检验预测模型的合理性。刊用所建立的巷道围岩稳定性预测模型对大冶铁矿5组待判别样本进行应用预测,预测结果符合工程勘察实际,表明基于未确知聚类法的巷道围岩稳定性预测方法具有较好的实用性和有效性。     

基于胶结系数岩石强化的蠕变控制模型

深部巷道围岩破碎、注浆模式复杂、流变特性显著。探索破碎岩体胶结模式及蠕变控制模型,将利于深部巷道围岩稳定。通过对大理岩和粗砂岩进行取样—劈裂—蠕变—胶结4个步骤的制样,在RLW-2000型三轴流变仪上,对大理岩和粗砂岩2组试样进行损伤胶结强化蠕变试验,分析损伤岩石劈裂胶结强化后的基本蠕变特性,确定劈裂岩石胶结基本模式,推导基本劈裂岩石胶结强化的蠕变本构模型,并进行反演对比分析。结果表明:随着蠕变应力水平提高,大理岩蠕变应变呈缓慢增加—加速增加—急速增加过程,而粗砂岩蠕变应变呈减小—稳定—增加过程,均表现为试样裂隙的持续压密、扩展与贯通失稳;胶结岩石的胶结形态分为紧缝胶结与厚度胶结2种模式,紧缝胶结优于厚度胶结;厚度胶结的胶结厚度越大,胶结岩石体强度越大,但增幅呈衰减趋势;推导M-K-B本构模型符合胶结岩石蠕变基本特性;在同一蠕变应力水平下,随着胶结系数提高,胶结岩石蠕变应变减小,但减幅变小。     

井巷巷道围岩调热圈温度场分布模型及影响因素分析

开展对热害矿井的治理,基础工作是对矿井巷道周围的温度分布进行掌握,其中又以围岩调热圈的研究最为重要。本文对井巷围岩调热圈及围岩在通风条件下的散热规律进行了分析,建立了相应的数学模型来推导调热圈半径和温度场;以三河尖矿的巷道围岩调热圈为具体实例,对影响围岩调热圈半径及边界大小的若干个物理参数进行了研究。结果表明:不同区域内的调热圈半径不同,其中其半径的形成与通风时间因素的影响最为密切。测试的结果对该高温深井进行通风量控制以及热害防治有指导意义。     

考虑损伤的圆形巷道围岩弹塑性分析

如何判断巷道开挖后,围岩弹塑性变形及围岩的力学行为一直是人们研究的重点问题。考虑岩石材料的损伤特性,建立了巷道围岩弹塑性损伤力学模型,对侧压力系数为1时圆形巷道围岩的弹塑性应力场及范围进行分析。结合具体算例,得出在相同塑性范围内,随着λ/E比值的增大,所需要的支护阻力也随之增大;当原岩应力一定时,随着λ/E比值的增大,巷道围岩的塑性区范围也随之增加。研究表明,考虑损伤作用使得分析结果更加接近于实际,从而为巷道围岩稳定性分析和合理选择支护形式及强度提供理论依据。     

基于D-P准则巷道围岩应变软化与破裂膨胀弹塑性分析

为了得到考虑围岩应变软化、破裂膨胀和中间主应力情况下的巷道围岩弹塑性解,基于非关联流动法则和DruckerPrager准则,引入中间主应力系数,建立软化和膨胀模型,得到了巷道变形、破裂区和塑性区半径的解析式,并进行了应用分析。研究结果表明:随中间主应力增大,巷道变形、破裂区和塑性区半径先减后增;围岩软化越严重,对巷道变形、破裂区和塑性区半径影响越显著;软化阶段的膨胀行为对塑性区半径不产生影响,但影响巷道破裂区半径和变形;残余阶段的膨胀行为对破裂区和塑性区半径不产生影响,但影响巷道的变形;巷道变形、破裂区和塑性区半径随支护阻力增大而减小,且原岩应力越大,支护对变形影响越显著。     

红外探测巷道围岩地质构造的理论与应用

利用红外技术探测地质构造是预防巷道作业重大安全事故的有效途径。笔者根据红外辐射原理 ,分析了地质构造引起的岩石密度变化和巷道围岩辐射功率之间的相关性 ,提出了红外探测巷道地质构造的理论、方法及适用条件。应用结果表明 :红外探测技术不仅可简便、直观地分析和预测采掘巷道围岩地质的变化趋势 ,而且可用于巷道围岩瓦斯涌出异常地段的原因探测 ,指导安全防范措施的有效实施     

圆形巷道围岩弹性应力场的复变函数解析

为得出圆形巷道围岩弹性应力分布特征,采用复变函数对圆形巷道围岩弹性应力进行解析,得到了与应力函数解法相同的应力场解析表达式,证明了复变函数解法求解巷道围岩应力场的可行性.对圆形巷道边界应力分布规律及沿水平线的应力分布规律进行了分析,结果表明:1)圆形巷道边界的径向应力和剪应力等于0,环向应力集中系数随侧压系数和位置角度变化而变化,与巷道半径无关;2)沿水平线的圆形巷道围岩剪应力等于0,径向应力和环向应力集中系数随侧压力系数和巷道半径变化而变化;3)沿水平线方向,侧压系数对巷道围岩径向应力的影响大于环向应力影响.还分析了侧压系数对巷道围岩应力的影响规律,讨论了侧压系数等于0、大于0小于1、等于1和大于1等4种情况下的巷道边界环向应力分布情况,得出了巷道边界环向应力的拉压区域及环向应力集中系数最大位置.     

超前支护与巷道围岩耦合动力学研究

为研究综掘巷道超前支护装备与巷道围岩耦合动力问题,基于薄板理论的顶板动力学模型,建立巷道顶板力学模型。简化超前支护装备,通过各部件的运动微分方程建立整机动力学模型;最后建立考虑多点支护条件下的超前支护-顶板体系耦合动力学模型。用多体系统动力学仿真软件Recur Dyn研究多种工况下耦合动力模型的动态响应过程。结果表明,在支护的压力冲击、振动以及综掘截割扰动等因素影响下,侧帮和顶板位移变形较剧烈。在有效支撑区段,变形小于未支护顶板的位移最大值;非有效支撑区段的位移极值小于未支护顶板的位移极值,表明超前支护对顶板变形有一定的控制作用。     

深部巷道围岩变形的数值模拟和模型试验

为研究煤柱宽度和煤层倾角对深部沿空巷道围岩的变形影响规律,采用数值模拟对沿空巷道煤柱宽度和煤层倾角的变化对围岩的变形影响规律进行分析,结果表明,煤柱宽度的变化对巷道围岩变形的影响十分明显。随着煤层倾角的增大,巷道围岩变形曲线呈现凹槽形状,表现出在煤层倾角中间值的巷道围岩变形值小于煤层小倾角和大倾角对应的巷道围岩变形值。然后,用模型试验验证数值模拟结果。验证结果表明,煤柱宽度和煤层倾角对应的巷道围岩变形较敏感期发生在开采深度600 m和900 m左右,开采深度在600～900 m之间时,巷道围岩变形与煤柱宽度和煤层倾角的大小基本上呈线性增长关系,而当开采深度超过900 m后,应适当加宽护巷煤柱宽度,以确保深部巷道围岩的稳定。     

围岩稳定性评价的改进物元可拓模型与应用

为弥补现有地下工程围岩稳定性评价方法的不足,建立了改进的物元可拓模型。通过构造一种新的关联函数,解决了因传统的物元可拓模型的关联函数是一个分段函数而存在的不便于计算的缺陷,以及评价指标间的互不相容性问题,拓宽了物元可拓法的应用范围。将改进的物元可拓模型应用于某地下工程围岩的稳定性评价,结果表明,样本1、2、5属于Ⅱ级(较稳定),样本3、4属于Ⅰ级(稳定)。通过将其评价结果与传统可拓法及模糊数学综合评判结果进行比较分析,证明该评价方法的正确性。研究表明,改进的物元可拓模型的评价结果与实际工程地质情况更为吻合,准确度更高,能够反映各因素对围岩稳定性的影响,其合理性和可行性得到了验证。     

急倾斜软底煤巷围岩蠕变试验及变形控制

为解决急倾斜软底煤巷围岩蠕变量大、控制难的问题,以大安山矿为研究对象,采用室内压缩蠕变试验及数值模拟相结合的方法研究煤巷围岩蠕变规律。对底板泥质砂岩和顶板砂岩分别进行不同围压下分级增轴压的蠕变试验,根据曲线特征选取Cvisc蠕变模型、计算蠕变参数并反演。采用Flac3D中蠕变模块,对原支护和改进支护效果进行模拟对比分析。结果表明,围压从0 MPa增大到4 MPa时,泥质砂岩蠕变破坏强度从12 MPa提高到19.4 MPa;随着应力水平提高,不同岩样的瞬时变形、衰减蠕变持续时间和稳态蠕变速率均增大;泥质砂岩比砂岩蠕变变形明显;岩样蠕变特性可用Cvisc模型描述。煤层底板侧软岩强蠕变造成煤巷左帮大变形和底鼓;确定二次支护时机为一次支护后300~400 h;改进支护方式后,煤巷围岩变形得到有效控制。     

节理岩体巷道围岩稳定性的颗粒离散元分析

节理岩体具有不连续和大变形等特征。为研究节理岩体巷道围岩的稳定性,基于离散单元法的颗粒流程序,为设于节理岩体中(考虑其节理连通率为0,50%和70%的3种情况)的巷道建立模型,分析巷道围岩的变形以及微裂纹分布。结果表明,当巷道处于完整岩体时,巷道围岩变形较小;当围岩节理连通率达到50%时,巷道围岩出现局部脱落但没有明显的破坏面;当围岩节理连通率为70%时,巷道围岩容易形成破坏面,围岩出现块体状脱落,巷道围岩变形破坏严重。随着节理连通率的增加,围岩微裂纹急剧增加,围岩四周主要分布剪切裂纹,岩体巷道的破坏方式以剪切破坏为主。     

巷道断面形状对围岩散热规律的影响研究

为了研究巷道断面形状特征对围岩散热特性的影响,结合矿井通风的实际情况,建立贴体坐标系下二维径向围岩非稳态导热的微分方程.利用坐标变换方法将实际物理平面内的控制方程转换到规则的计算平面内进行求解.以水力半径为1.2 m的不同断面形状的巷道为研究对象,利用自主编制的基于有限体积法(FVM)的C++求解程序,对其内部温度场变化情况开展数值模拟研究.结果表明,矿井通风初期的前5年内,围岩温度场的分布特点受巷道断面形状的影响较为显著.围岩散热呈现各向异性特点,且通风时间越长各向异性的特点越显著.通过数据分析拟合发现,巷道围岩的调热圈半径随通风时间呈指数变化,且经历相同通风时间后,调热圈半径随形状因子增大呈线性增加趋势.巷道壁面平均温度和散热热流密度随形状因子增大而降低,但二者随时间变化的轨迹不同.     

考虑应变硬化和扩容特性的巷道围岩稳定性分析

为获得更为准确的巷道围岩应力分布和位移特征,在考虑围岩峰前应变硬化和扩容特性的基础上,由围岩平衡方程推导出围岩弹性区和塑性区应力表达式以及塑性区半径和位移的解析表达式,运用FLAC3D软件模拟巷道围岩应力分布,并通过算例分析围岩应变硬化、扩容特性、强度特征等因素对理论解的影响。研究结果表明:考虑应变硬化后,围岩径向应力呈光滑无尖峰分布,围岩应力分布特征与数值模拟结果一致;应变硬化和扩容对巷道围岩弹塑性解均有影响,围岩稳定性分析中,不可忽略这两者的作用;增大支护阻力、强化围岩有助于提高围岩稳定性。     

松散破碎围岩巷道施工技术与安全管理

时下，有些人不分场合、时地随意接打手机，其社会负面效应不可忽视。然而，安徽合肥市驾管所敢为人先，第一个吃螃蟹，规定全所服务民警上班时间手机统一存放，严格控制随意接听手机行为，提高窗口服务效率。笔者为之拍手叫好！     

渗流作用下圆形巷道围岩抗力系数计算

将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,采用塑性强化理论,推导出了巷道围岩抗力系数计算公式。该式比较全面的反映岩石抗力系数与围岩的几何、力学特性参数和受力状态的关系。其函数关系可以表示为:K=f(P0,P1,Pi,r0,r1,r2,b,σs,β,μ,E,μ0,E0),与巷道围岩所有影响因素在同一公式中得到了明确的表达。当不考虑渗流作用,改变公式中相应的参数可以演化为经典的围岩抗力系数表达式的相似式,具有一定的实用价值。     

松散破碎围岩巷道施工技术与安全管理

一、引言小华煤矿南区块段含煤地层为童子岩组第一段第四带(P1t1-4)地层,赋存有33#、34#等煤层,33#煤层顶底均为砂质泥岩,34#煤层顶板为砂质泥岩、细粉砂岩,底板为泥岩。该块段受F1断裂及次生断裂影响,巷道围岩极为松散、破碎。块段内岩层富水性较强,当巷道或采煤工作面开采时,生产巷道或采煤工作面淋水普遍很大,恶化了采掘施工条件,使顶板管理更加困难。根据南区