考虑初始宏细观缺陷的裂隙岩体损伤本构模型研究

针对传统岩石损伤本构模型因对初始状态损伤忽略的假定致使岩石损伤状态表达不足的问题,基于连续损伤力学原理,运用统计损伤学定义了表征含有初始宏细观缺陷的岩体损伤变量,引入表征岩体初始损伤状态的初始损伤系数k,优化了传统损伤本构模型,对建立的损伤演化本构模型和实测数据曲线进行对比分析。研究结果表明:优化后的本构模型对裂隙岩石全应力应变过程拟合精度更高,其损伤演变过程更符合实际,并能反映存在初始损伤的岩石力学特征差异,量化了初始孔隙、裂隙等宏细观损伤在应力环境中的耦合作用,对研究宏细观缺陷岩石损伤场-应力场耦合作用机制具有意义。     

考虑孔隙瓦斯劣化作用的煤岩损伤本构模型

矿井瓦斯是煤岩体赋存环境因素之一,同时也是影响煤岩力学性质的主要因素,研究基于煤岩损伤统计特征及Drucker-Prager破坏准则,分析得出了煤岩单轴压缩载荷作用下损伤演化本构模型,基于煤岩弹性波速相关理论建立了孔隙瓦斯对煤岩力学性能劣化损伤力学模型,并在此基础上得出了考虑孔隙瓦斯劣化作用的煤岩损伤本构模型;以原煤及型煤试样为研究对象,开展了不同孔隙瓦斯压力条件下煤岩单轴压缩破坏实验,基于实验研究结果对模型进行了验证。研究结果表明所建立的模型可以很好的反映孔隙瓦斯作用下煤岩单轴压缩载荷条件下的应力-应变关系。     

瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型

为有效预防煤矿瓦斯动力灾害,研究瓦斯气体对煤岩力学性质的劣化机制及煤岩损伤演化特征,以原煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同瓦斯压力下煤岩三轴压缩试验;建立瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型,通过试验结果验证该模型的合理性.结果 表明:煤岩在塑性变形阶段前累计损伤几乎为0,峰...     

脆性岩石微裂纹压密段本构模型研究

为准确掌握脆性岩石在荷载作用下的应力-应变关系,从岩石单裂隙出发,引入自然应变的概念,建立了物理意义明确的脆性岩石微裂纹压密段本构模型,并将其简化后与线弹性阶段的本构模型进行统一。通过热-力耦合室内试验确定了模型参数,试验结果验证表明:模型能够描述不同热处理温度、不同围压下花岗岩的压密段、线弹性段试验结果,对于脆性岩石的高温劣化性和围压对压密段的抑制作用也有很好的呈现,对深入掌握脆性岩石的强度规律具有一定的指导意义。     

高压水射流冲击煤体损伤的数值模拟研究

为研究高压水射流破煤过程中煤体的损伤状态及压力的分布状态,论文采用J-H-C含损伤本构模型,水射流采用Bridgman状态方程,通过拉格朗日-欧拉有限元法模拟计算高压水射流冲击煤体的损伤机制,得出了煤体在高压水射流冲击作用下不同时刻的损伤变化情况。结果表明,煤体在高压水射流作用下,在接触点两边形成"肺叶状"负压力区,煤体所受压力逐渐减小;冲击速度和产生的损伤随时间变化逐渐减小,损伤主要集中于坑洞底部。     

基于H-K体的矿柱流变顶板破坏分析

为了研究空场法采空区稳定性,确定特定形态采空区稳定时间,以H-K体作为岩体本构模型,对矿柱流变引起的顶板沉降变形进行了计算分析,根据顶板边界破坏条件,将空区顶板沉降过程划分为3个阶段并分别求解了各阶段持续时间,并对尚旺庄石膏矿灾害事故进行了计算验证,结果表明,计算结果与实际失稳时间吻合良好。所得结论可为稳定空区提供稳定性评估及稳定时间预测依据,或指导老空区进行安全有效的顶板监测工作,最大化节约矿山在顶板监测工作中投入的人力、物力。     

基于近场动力学的煤体单轴压缩全过程损伤演化规律研究*

为了研究煤体受压变形破坏情况,采用近场动力学理论、室内单轴压缩实验及数值模拟相结合的方式,演绎推导PD损伤本构力函数,分别在宏、微观2个方面对煤体损伤规律进行研究。研究结果表明:以近场动力学所推导的本构力函数对于复杂裂隙演化过程的研究具有独特优势,煤体受到外荷载作用后内部微结构会产生不同程度的损伤,损伤过程可分为:压密阶段、微裂纹的萌生扩展阶段、断裂破坏阶段;压密阶段后均伴随键的断裂,至破坏阶段时,键几乎完全断裂,导致煤样宏观失稳破坏;模拟模型在受到外载荷作用下,内部能量开始聚集,随着压力的增大,内部能量散开,最终呈“X”型分布,这与实验加载后煤样的损伤效果基本一致,以此来反演煤体内部微结构变化从而得到煤体损伤规律切实可行。     

采空区顶板-矿柱体系蠕变损伤力学模型研究

为分析采空区顶板-矿柱体系的稳定性,并预测采空区的稳定时间,采用薄板理论、流变力学和损伤力学理论,建立了采空区顶板-矿柱体系蠕变损伤力学模型.在此模型基础上推导采空区顶板挠度的微分方程,根据采空区顶板在不同阶段的边界条件采用伽辽金方法对该微分方程进行了求解,并在排山楼金矿老采空区进行了工程应用,将预测结果与现场监测结果进行了对比分析,验证了模型的可靠性.研究表明:建立的力学模型能够较准确地运用于采空区稳定时间预测;矿柱的流变变形随时间延长逐渐增大,如不采取加固措施,排山楼金矿老采空区将出现顶板-矿柱体系的坍塌.     

Investigation into the nonlinear damage model of coal containing gas

By taking the nonlinear deformation properties of coal into consideration, the nonlinear constitutive equation was founded. And in view of the compressible property of gas, the idea of compressive energy of gas was introduced. According to the continuous damage theory and mesoscopic damage theory, it is assumed that the damage variable has a power function relation with the porosity. By applying the thermodynamics energy conservation laws, a new nonlinear damage constitutive model of coal containing gas was deduced, and the correctness of the new model was verified by comparing with the former experimental results. This model can provide theoretical reference for understanding and solving these dynamic gas disasters such as coal and rock outburst. Moreover, based on this theory, prevention and control measures will be adopted to deal with the dynamic gas disasters according to ever-changing mining conditions.     

考虑岩体损伤的爆破振动速度衰减多元非线性模型

为准确预测爆破振动的衰减规律,控制爆破振动的影响,分析了现有的几种具有代表性的爆破振动预测经验公式的不足;在此基础上,引入岩体累计损伤对爆破振动效应的影响,经过无量纲分析,建立了岩体累计损伤下爆破振动衰减规律的多元非线性数学模型;根据实际工程的监测数据,用1stOpt 软件进行了多元非线性回归分析。结果表明:所提出的多元非线性回归公式预测精度高于传统的预测公式,能为同类露天爆破工程提供科学的指导。     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

基于改进的非线性GM(1,1)模型的职业病预测研究

为了更准确地预测职业病,在传统GM(1,1)模型的基础上,提出改进的非线性GM(1,1)模型,在传统的GM(1,1)模型中引入弱化算子,将紧邻均值与原始数据之间的线性假设改为非线性假设,提高曲线的拟合度。以2005—2014年的全国职业病例数为研究对象,进行数据拟合和预测分析,其中以2014年职业病例数作为验证数据,并利用后验差比值和小误差概率2个参数,检验该改进模型的预测精度。由应用实例的分析结果可知:在职业病发病趋势的预测方面,改进的非线性GM(1,1)模型的预测精度提高到一级,曲线拟合度较高,预测得到2015年的职业病例数为34 900例。     

考虑多群体恐惧传播的行人流模型及应急扩散研究

为了有效描述突发情况下人群扩散状态和演化机理,基于社会力和非线性多群体恐惧传播方法构建了一种新的行人流模型.该模型首先基于自驱力、排斥力、吸引力和恐惧传播力对传统的社会力模型进行改进.同时结合人群扩散的非线性特征和人员之间的异质特征,将人群分为多个子群,通过引入非线性传播力来刻画恐惧传播特征,并给出恐惧消除平衡点的计算方法.最后,利用搭建的仿真平台进行试验,深入研究了影响该模型的关键因素,如人群扩散速度、人群扩散距离、人群扩散时间、人群数量等.结果 表明:人群扩散速度呈现先快速增加后降低的趋势;相对于人群数量而言,突发事件初始影响范围对人群扩散距离影响更大.     

Study on tri-axial creep experiment and constitutive relation of different rock salt

To evaluate the effect of the long-term operation of a salt cavern in a given construction on rock deformation and its stability, tri-axial creep tests to the glauberite, anhydrite, and argillaceous rock salt are conducted, from which the creep curves as well as exponential functions of strain rate during the steady creep stage and creep constitutive equations of different rock salt in the experimental process derived are obtained. The study results show that: (i) Under the same deviatoric stress, the strain rate of argillaceous rock salt is lower than the glauberite and anhydrite, and the difference becomes larger with the increase of the deviatoric stress; (ii) The creep constitutive equations of different kinds of rock salt are in good agreement with the Burgers model, besides which the respective characteristics of these two creep models are compared. The change of creep parameters also illustrates the discrepancy of rock salt. The researching results can provide some references for long-term stability analysis of gas storage in salt caverns.     

火灾后既有结构混凝土损伤评估的突变模型

为了充分考虑火灾后混凝土损伤的多种控制因素,简便而可靠的混凝土损伤综合评估方法,选取抗压强度、耐久性、爆裂和裂纹等4个损失系数为评价指标,采用突变理论的归一化公式和突变原则,构建火灾后混凝土损伤综合评估的突变模型,并予以工程实例分析。结果表明:该方法与模糊综合法、投影寻踪法、分形插值法、属性识别法、可拓物元法的评价结果具有较好的一致性,评价结果客观准确,是一种简单实用的火灾后混凝土损伤综合评估新方法。     

软弱围岩节理性质对隧道塌方范围影响研究*

为探究节理岩体在节理扩展-节理破坏-岩体失稳过程中的力学特性变化及变形破坏规律,采用块体离散元软件3DEC进行数值模拟,对节理岩体中隧道开挖后围岩的应力变形状态进行研究。结果表明:法向刚度较小时,可能造成的塌方范围大,法向刚度较大时,造成的塌方范围小;节理剪切刚度对隧道塌方范围的影响较小;节理内摩擦角变化对断层塌落体及上覆未塌落体范围的影响较小。