岩石破裂过程分析RFPA^2D系统在采场上覆岩层 …

论述了岩石破裂过程分析系统ＲＦＰＡ＾２Ｄ在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算，研究结果表明，ＲＦＰＡ＾２Ｄ可以从几何，岩性，变形，破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形，离层，断裂及地表的沉降规律，从而为采场上夺层移动规律的研究提供了一种新的研究手段。     

采动对岩层移动破坏规律的数值模拟试验研究

运用东北大学岩石破裂中心研制的RFPA2D软件,以山西省霍州市辛置煤矿2204工作面为试验基地,对采深不同(201m,150m,100m,63m)和上覆松散层厚度一定条件下的开采沉陷过程进行了数值模拟试验,系统地分析了不同采深对采空区“三带”下沉量及地表移动变形量的影响,探讨了不同采深下采动上覆岩层移动与变形规律。     

采场上覆岩层移动变形值计算

在下部采动煤层的顶板岩层内布置巷道 ,其位置选择与采场上覆岩层移动状况密切相关 .依据煤矿地表移动计算公式和采场上覆岩层活动规律 ,建立采场上覆岩层移动变形概率积分法预计计算模型 .根据最大下沉量、主要影响半径、拐点移动距等移动参数与埋深的关系 ,利用参考坐标系确定采场上覆岩层移动下沉计算公式 .并结合实例进行岩层移动变形预计计算 ,计算结果与实际观测数据十分接近 .图 1,表 1,参 5     

大倾角坚硬顶板厚煤层矿压规律数值计算

为了研究大倾角坚硬顶板厚煤层矿压显现规律,应用RFPA数值计算软件对大倾角坚硬顶板厚煤层顶煤的运动规律、顶底板的跨落规律及变形位移情况进行了模拟.得到主要结论为:大倾角煤层沿倾斜方向采场上覆岩层的移动和变形破坏特征是不对称的;上覆岩层在法向载荷的作用下普遍产生挠曲变形,变形规律为采场中上部下沉量较大,采场下侧下沉量较小;直接顶初次跨落步距约30 m;老顶初次来压步距约60 m,周期来压步距18～22m.     

不同覆岩结构短壁开采上覆岩层运动的数值分析

不同覆岩性质及其组合对上覆岩层的破坏和运动有着关键性的影响,而回采工作面上覆岩层破坏和运动规律的研究是矿压控制的基础.运用RFPA2D对神东矿区不同覆岩结构的短壁式开采进行模拟,分析比较不同覆岩性质及其组合对上覆岩层运动和破坏的影响,再现受采动影响岩体的破坏和移动规律.     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法，对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究，阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉。     

神东矿区短壁单翼旺采矿压规律的研究

针对神东矿区各煤矿不同地质条件、上覆岩层组成情况及煤层赋存情况,运用RFPA2D数值模拟软件,分析了不同上覆岩层结构(松散层厚度、基岩厚度、直接顶厚度)对短壁单翼旺采工作面岩层运动和矿山压力的影响规律,为神东单翼旺采工作面安全高效开采提供了理论依据。     

采动岩体瓦斯渗流规律

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,基于煤岩介质力学性质及变形破裂过程的渗透特性,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,模拟研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。研究结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12 m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。工业性试验验证了受采动影响下推进距离和工作面瓦斯抽放量间呈非线性关系,为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。     

岩层移动的复合介质模型及其工程验证

将采场上覆岩体视为大系统复合介质,建立岩层移动的层状－离散二重介质模型．采用薄板层状介质解析与离散元数值模拟相结合的方法,探讨了整个上覆岩层的移动规律,从而为研究减缓地面沉降技术提供了可靠依据,并举一实例作为工程验证．     

急倾斜水平分段放顶煤开采岩移规律

采用相似材料模拟实验研究方法,对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采上位顶煤与采场上覆岩层运动与破坏规律以及地表变形进行了系统的研究,阐明了上位顶煤与采场上覆岩层存在不稳定拱和地表向顶板方向偏移的非对称性下沉.     

深部岩体中断续节理对巷道稳定性影响的数值试验

应用岩石破裂过程分析软件RFPA2D,通过对具有断续软弱结构面深部岩体中隧道的变形破坏特征、隧道周边关键部位的位移和应力变化进行了分析,对巷道在载荷作用下的声发射和位移特性进进行了探讨,着重研究了深部岩体中节理对巷道稳定性的影响。这对于进一步理解深部岩体中节理对巷道影响进而采取有效的加固措施等具有重要的理论和实践意义。     

单轴压缩下岩石材料体积效应的数值模拟

为了探讨体积对岩石材料强度和变形及其破坏形式的影响规律，从岩石材料的非均质性出发，应用岩石破裂过程分析系统RFPA^2D对同长径比不同体积的岩石进行了单轴压缩下的数值模拟研究，模拟结果表明随着体积的增大，岩石的强度呈衰减趋势，但在体积增大某个值以后时，岩石强度便基本趋于稳定，模拟结果和实验结果相吻合。对一组不同均质度系数下岩石材料体积效应的数值模拟结果表明，岩石强度的体积效应根源于材料的非均质性。     

岩体裂隙区全长黏结锚杆应变测试方法

受到裂隙岩体非连续变形以及全长黏结锚杆与黏结剂间复杂剪切作用的影响,裂隙区域的锚杆应变量值一直难以准确测量.通过3D打印制备全长黏结锚杆,并在杆体内、外侧分别粘贴应变片,利用单轴压缩试验获得了裂隙开裂过程全长黏结锚杆拉应变的演化规律.研究发现,外侧的应变片受黏结剂剪切变形影响较大,且当黏结剂塑性变形能力较强时,其测试结果易失真.而内部的应变片能准确获得杆体应变的全过程曲线.最后利用FLAC软件模拟裂隙处锚杆失效过程,验证了应变片不同粘贴方式对测试结果的影响,也进一步证明了杆体内粘贴应变片测试方法的可行性.     

反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究

基于颗粒流程序对反倾层状岩质边坡变形破坏过程进行模拟,并考虑岩体结构面参数(岩层倾角、层厚及层理剪切强度)对其变形破坏机制的影响。数值模拟结果表明:边坡岩层的主要变形破坏方式为弯曲变形、折断破坏,变形首先发生在坡顶,而破坏是从坡脚开始,边坡的变形破坏过程具有明显的悬臂梁特征;岩层倾角对反倾岩质边坡整体性失稳破坏方式有较大影响,随着岩层倾角的增大,边坡后期整体性破坏方式由滑移型逐渐过渡为倾倒型破坏,坡体内部岩体出现变形及破裂损伤的深度也逐渐增加;随着岩层厚度增加,坡脚岩体抗折断能力增强,破坏方式由折断破坏向剪切破坏发展,边坡后期的整体性破坏方式也由滑移型向倾倒型过渡;岩层层面剪切强度是影响边坡变形的重要因素,层面剪切强度越小,边坡发生弯曲变形的程度越大。     

岩石动态剥落破裂的数值模拟

简单介绍了RFPA程序模拟岩石在动态载荷作用下破裂过程的原理和功能,并用该程序研究岩石在动态载荷作用下的剥落过程·数值模拟首先再现了均匀杆在不同的应力波幅值条件下表现出的不同剥落形式,通过与理论比较,证明了RFPA在模拟动态剥落破裂问题时的可行性·以此为基础,RFPA被用于模拟非均匀岩石试样在不同应力波幅值条件下的剥落破裂过程,预测了不同应力波幅值时试样的三个不同的破裂模式·此外,数值模拟还得出试样在动态载荷作用下的强度都高于静态强度的结论,这表明岩石材料力学性质的非均匀性是造成动态强度提高的原因之一·     

单轴压缩条件下脆性岩石变形破坏的理论、试验与数值模拟

利用损伤力学对脆性岩石在单轴压缩条件下的变形破坏行为进行了理论分析,并利用数值模拟试验机(RFPA)、伺服控制试验系统(RMT 150B)分别对岩石进行了数值及实验室试验,将理论分析曲线、数值试验及实验室试验曲线进行了对比研究,分析了理论结果、数值试验及实验室试验结果之间的联系与差别(尤其是全程应力应变之间的差别)以及产生这些差别的原因,结果表明数值试验并不是理论解析方法的简单重复,而是反映和研究岩石变形破坏全过程的有力手段·     

孔径及孔隙率对火山岩强度特性影响的模拟

在对火山岩圆球形孔隙结构研究的基础上,运用岩石破裂过程分析系统模拟了火山岩单轴压缩过程,研究了孔径及孔隙率对火山岩岩石变形强度特性的影响.研究结果表明:孔径从0.1 mm增加到0.3 mm,极限应变的降低百分率随着孔隙率的增加保持在一定范围内波动;弹性模量的降低百分率随着孔隙率的增加逐渐增加,并且呈现明显的线性增加趋势.在恒定孔隙率下,孔径对其影响主要表现在随孔径的增大,破坏模式由剪切破坏逐渐向劈裂破坏过渡.     

采动岩体变形的混沌行为研究

为了分析采动岩体变形的非线性特征，通过相空间重构分析了开采过程中岩体变形的混沌特征。开采过程中岩体变形的监测数据是所研究的岩体变形破坏过程的历史记录，在这些数据中必然蕴含着岩体稳定机理。与之相应岩体结构、性质和地质环境以及开采工艺决定着数据的特征和规律。监测数据的规律反映了岩体变形破坏的复杂非线性机理。因而可以利用非线性动力学理论来研究岩体变形破坏的规律。     

坚硬顶板组合煤岩样破坏电磁辐射规律及其应用

采用实验室试验和分形理论相结合的方法研究了组合煤岩样变形破裂的电磁辐射规律。研究结果表明,加载初期,电磁辐射信号增加,然后略微减小,出现一段较为稳定的区域,当临近主破裂时,又大幅度增加,进入残余变形阶段时,电磁辐射又逐渐减小;电磁辐射信号与顶板在组合煤岩样的比例成正指数关系;电磁辐射脉冲数具有分形特征,并且随着加载进行,分形维数增加,临近主破裂时分形维数急剧减少;分形维数与顶板在组合煤岩样的比例成正线性关系。利用上述规律,成功地对7251工作面的冲击危险进行了预测预报。