裂隙与破断岩体力学的分形研究

工程岩体的稳定性主要取决于裂隙与破断岩体的力学行为,由于其复杂和无序性,因此一直是岩石力学研究领域的热点和难点之一．本文简要概述了运用分形几何理论研究裂隙与破断岩体力学行为的主要工作,包括：(a)岩石节理表面几何形态的分形描述和测量方法;(b)岩石节理力学行为的分形研究：(c)裂隙岩体离散强度的分形研究;(d)利用分形几何理论研究和解决采矿工程中问题,如断层分布和开采沉陷,放顶煤开采过程中裂隙演化及块度分布等.     

露天矿边坡损伤与可靠性变化规律的数值分析

以鞍钢眼前山露天铁矿南帮节理岩体边坡为工程背景,综合应用FLAC-3D、损伤力学、断裂力学和可靠性分析等多项理论和方法,系统研究了露天矿边坡的节理岩体伴随采矿开挖的概率损伤分析程序,定量揭示了边坡岩体概率损伤分布及演化规律。综合考虑节理、岩石和岩体初始损伤状态的抗剪强度,结合露天矿开挖的FLAC-3D模拟与损伤断裂力学分析,根据Monte-Carlo原理和极限平衡理论建立了露天矿节理岩体边坡的三维稳定性和可靠性动态评价模型,探讨了眼前山铁矿南帮 21 m铁路运输平台的节理岩体边坡在矿山不同开采深度的稳定性和可靠性的动态变化规律。     

基于岩石节理分形特性的岩体稳定性智能辨识

 调查国内大量矿山地质资料,分析其矿岩节理裂隙数据,采用分形理论揭示岩体节理间距和产状分布的分形特性.采用混沌算法优化神经网络,建立矿岩稳定性与其岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、岩体节理间距分形维数和节理产状分形维数的智能辨识模型,寻求岩体判别新方法.研究表明,岩体节理间距分形维数和产状分布分形维数可反映岩体节理空间分布的整体信息;节理间距分形维数越小,岩体完整性越好;产状分布分形维数越低,节理分散程度越小;即二者分形维数越小,岩体稳定性越好.智能辨识模型可以根据矿岩力学参数、岩体节理分形特征,预测不同地质条件下的岩体质量,为工程支护设计及施工提供依据.     

采动岩体力学—一门新的应用力学研究分支学科

一、引言采动岩体是指随着矿体采出，受到采动应力场影响的那部分岩体（或称围岩）。采动岩体力学属矿山岩石力学的一部分，是固体力学与采矿工程相结合的一门交叉学科。如在煤矿开采中，一般情况下覆岩受采动影响后均要发生破坏，直至引起地表移动（或称地表沉陷）。因此，采动岩体往往是山破坏后的各种块状岩体所组成，它最显著的力学行为特征是破断与运动。破碎岩体的行为对采矿工程、岩体内部流体和气体运移及地面建筑和环境带来严重影响。矿山岩石力学在基础研究方面取得的成就已大大促进了采矿工程的发展和生产技术与方法的变革。60年…     

分形理论在岩土工程领域中的应用现状及前景

介绍了相关分形几何的发展历程,归纳了分形理论中所涉及的数学基础及研究方法,阐述了应用于岩土工程中的分形损伤和分形断裂理论,以及分形理论（力学）在相关岩土工程中的应用。分形理论的引入及其与常规方法紧密结合,互相渗透,弥补了后者的局限和缺陷,使岩石力学的理论和解决问题的技术手段得到了丰富和完善。     

非线性科学在矿山开采沉陷中的应用(1)

论述了引进非线性科学对开采沉陷进行研究的重要性和可行性.对损伤岩体的采动沉陷规律、采动岩体裂隙分布规律、采动断层活化的分形界面效应、开采沉陷的协同效应及突变性进行了探索性研究;提出了基于开采沉陷非线性特征的采动损害防治对策.     

分形理论在岩石材料损伤中的应用研究

分形理论从确立至今已有20多年,将分形理论应用于解决岩土工程问题已逐渐完善。本文介绍了相关分形几何的理论,阐述了应用于岩石材料中的分形损伤和分形断裂理论,以及分形理论(力学)在相关岩土工程中的应用。     

深部开采工程中渗流-损伤-应力耦合模型

为了研究地应力场、损伤对渗流场深部岩体的影响问题,从理论上分析了岩体渗流运动的基本规律,引入岩体变形过程中应力、损伤与透气性演化的耦合作用方程,建立了含岩体开挖过程固气-损伤耦合作用模型。应用该模型模拟分析了深部采动中岩体渗透性的演化规律。结果表明:在开采过程上覆岩层应力增大、变形增大,岩体垮落现象明显,并伴随着岩体渗透性迅速增大,应用该耦合模型解决实际工程和现场实际观测结果比较吻合。     

过渡期开采矿山的有限单元法数值模拟

研究数值模拟在露天转地下过渡期开采矿山的应用，是一项很有价值的工作。着重探讨了有限元数值模拟的方法和技巧，如边界条件的确定、岩体力学参数的确定以及模型的建立等等，并结合石人沟铁矿进行了验证，提出了相应的保证边坡稳定的防护措施。     

单锚的力学模型与数值仿真试验分析

评述了国内外预应力锚固的力学机理与力学模型的研究现状和发展趋势，及分析模型的思路和方法，应用作者提出的接触摩擦界面单元，分析模拟锚索，浆体与岩体界面之间的相互作用和耦合效应，分析中首次考虑了预应力对岩体损伤张量的影响，对单锚的力学机理加固效果进行了系统的数值仿真试验分析研究，得到了许多对工程有益的结论与启示。     

基于D-S证据理论的空区稳定性识别与工程应用

地下矿山开采时,受采矿方法和开采工艺的影响,产生大量采空区,它是影响井下矿山安全生产的主要因素。群空区稳定性的影响因素主要包括4个方面,即:采空区的结构形态参数、群空区的空间分布特征、群空区的应力环境和特征值、采空区的地质环境和矿岩体的物理力学参数,形成了群空区稳定性影响因素的多源信息数据库。为了识别矿山井下空区的稳定性,以CMS空区探测、数值模拟和岩体力学属性为多源信息来源,应用层次分析进行因素权值分析,建立了基于D-S证据理论多源信息融合的群空区稳定性分析模型。针对某矿山的工程现状,实现了采空区的4级稳定性分级。研究结果表明:群空区稳定性与结构参数、地质参数和应力环境参数有关,是一典型的多源信息融合系统,运用D-S证据理论实现了采空区的多源信息融合的稳定性分级,分级结果有利于矿山的安全处置和控制。     

“矿山灾害预防与控制”研究专栏征稿

<正>征稿范围:矿山岩层控制煤炭科学开采理论、方法与技术采动岩体力学安全监测监控与信息化资源规划与绿色开采井下充填开采矿井瓦斯与火灾治理现代化矿井生产技术矿山震动与冲击地压瓦斯的抽采与利用     

考虑界面倾角及分形特性的组合煤岩体强度及破坏机制分析

为深入研究分界面对组合煤岩体力学行为的影响,设计25个不同界面分形维数及倾角的组合体试验模型,运用RFPA软件对其力学特征及破坏机制进行数值试验研究。计算结果分析表明:界面倾角及分形维数对组合体的破坏强度、破裂形式、弹性模量及损伤有明显的影响:随界面倾角增大,破坏强度逐渐降低,组合体的破坏形式由煤样内部剪切破坏逐渐转变为煤样分界面滑移破坏;随界面分形维数的增加,破坏强度与弹性模量均逐渐增大,并且界面倾角越大,界面分形特征对组合煤岩体弹性模量的影响程度越大;随着分形维数的增大,组合煤岩体的损伤值逐渐降低,两者呈上凸形二次曲线的函数关系,且分形维数越大,损伤值降幅也越大。     

脆弹粘性岩体高边坡稳定的损伤断裂力学机制研究

边坡工程岩体的力学性态与其所处的应力环境、物理环境以及开挖施工卸荷坡邦岩体变形的时空效应等许多因素密切相关．因而，似本文研讨的闪云斜长花岗岩这类脆弹粘性岩体高边坡工程坡邦卸荷带岩体的稳定问题，从损伤、断裂力学的观点言，本质上反映了三方面的力学机制，即：（１）边坡分部开挖引起坡邦岩体的卸荷损伤、断裂效应；（２）二次应力场作用下坡邦岩体产生的损伤、断裂时效变形与蠕变扩容；以及（３）在高地应力区，脆弹粘性岩体因开挖导致与其应变能骤然急剧释放有关的地动力作用．本文结合长江三峡高边坡船闸工程的岩体稳定问题，拟就上述的前两个方面的研究工作进展作一简要论述．     

山区岩体移动的Fuzzy预测模型

在全世界范围内,地下开挖岩体移动变形而引起的灾害时有发生;并严重危险人民群众的生命财产安全。而对于此类灾害的研究促进了岩石力学的发展。岩体移动变形及其地面效应的预计问题,是地下开挖活动尤其是采矿过程中所遇到的矿山岩体力学问题中的重要工程课题。由于采矿过程及矿山岩体移动变形这一问题的复杂性,要精确地计算岩体每一点的移动变量是极其困难的。针对山区房柱法采矿岩体变形问题,本文利用Fuzzy数学理论,建立了具体数学模型和预测分析方法。     

岩层与地表移动问题的力学模型的选择

岩层与地在移动是一个发展的过程，从开始开采到移动结束，岩体的特性发生了很大的改变，使用力学模型解决岩层与地在移动问题必须使模型简化，但应满足合理的工程精度要求，否则将导致结论的谬误。在反算岩移参数时，可以使用采前的力学模型把开采作为边界条件模拟输入，也可使用采后的力学模型，即岩体已形成了三带。采后的力学模型由于已将来空区考虑为被岩石充填，故计算的应力可能异于顶板尚未冒落的岩休的应力。在承压水上开采和水体下开采时，应该采用采前的力学模型。     

尖山磷矿边坡岩体爆破开挖损伤测试研究

通过岩体声波测试,确定了岩体的损伤范围,并确定了损伤区岩体的损伤因子。根据损伤因子的确定结果,利用Hoek-Brown强度准则将岩块力学参数进行折减,确定出岩体力学参数。将确定的岩体力学参数用于边坡稳定性分析,分析结果与现场实际是一致,说明岩体损伤测试结果符合工程实际的。     

“矿山灾害预防与控制”研究专栏征稿

<正>征稿范围:矿山岩层控制煤炭科学开采理论、方法与技术采动岩体力学安全监测监控与信息化资源规划与绿色开采井下充填开采矿井瓦斯与火灾治理现代化矿井生产技术矿山震动与冲击地压瓦斯的抽采与利用欢迎相关领域专家学者和工程技术人员踊跃投稿,来稿请注明"矿山灾害预防与控制"专栏。稿件通过     

复合采动影响下地表变形预测与危险区划分方法

矿山岩体工程开挖将改变原岩应力状态,由此引起岩体本身及周围一定区域的移动和变形,地下与露天复合开采的矿山更是如此,其变形速率之大、范围之广、时间之长已严重地影响周边环境的安全。通过对地下与露天复合采动影响下地表变形规律进行研究,建立了相应的移动模型。在此基础上,对移动参数的计算方法及地面变形区的划分方法等问题进行了研究。然后,依据当前形量和后续变形量大小,对矿山继续开采可能产生的破坏范围进行了划分     

节理岩体损伤模型的有限元分析

将岩体中固有的初始节理损伤考虑成宏观损伤场，通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性。损伤张量由节理组的实测数据确定，并引入有效应力来计算节理岩体的力学效应。编制了损伤模型的平面非线性有限元程序，并采用损伤模型和常规有限元模型的有限元程序对某矿山边坡进行对比计算分析。结果表明，损伤模型的有限元解析能反映节理岩体的各向异性。