煤体细观损伤理论分析与数值模拟研究

裂隙是煤岩体在采掘过程中表现出的一种基本的力学现象。为了探究煤岩体的损伤程度和裂隙在受载情况下的发育情况,本文通过理论与实验室试验结合的方法:首先研究了煤岩的孔隙率和损伤力学的基本理论,建立了损伤演化的基本模型;然后,应用了实验室单轴循环加卸载试验与数值模拟相结合的方法进行研究,通过单轴压缩试验,表述煤岩体应力应变全过程曲线示意图,并且分析得到裂隙发育的三种主要阶段。研究结果表明:微裂隙的发育受轴向应变率与围压的共同影响,宏观裂隙的发育主要集中在与轴向成20°~40°的区域内。     

一种裂隙岩体力学参数的评价方法及应用

针对裂隙岩体的力学参数选取问题，提出了一种两阶段评价方法.通过裂隙岩体力学参数的三维空间分布情况，评价其各向同性与各向异性状态，对两类情况采用不同的计算模型处理；采用Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法对力学参数的概率分布模型进行假设检验，对检验合格的试验数据分布进行置信区间选取，在给定的置信区间内获取计算参数.在某地下硐室工程中运用该方法进行了开挖模拟计算，计算位移与实测位移吻合较好.     

基于声波信息预测岩体力学参数的研究

基于Hoek-Brown强度准则中运用地质强度指标GSI求取岩体力学参数的方法。通过改进构建起钻孔声波测试所得岩体纵波波速vmp,岩石单轴饱和抗压强度σc与GSI值之间的函数关系,并应用于Hoek-Brown强度准则预测了沙坨水电站大坝坝基岩体力学参数,结果显示预测值与实验测试值之间基本吻合。该方法为资料不足情况下探知岩体力学参数提供了一种参考方式。     

基于遥感技术的腾冲地热异常区识别

重点探讨用遥感技术识别腾冲火山地热区的地表热异常。考察地表温度的概率分布,提出了基于统计方法来识别地表温度异常区的思路。同时,采用按高程信息来分区识别地表温度异常区,以减小腾冲地区高程对地表温度分布的影响,并结合遥感地质构造解译和蚀变岩体遥感填图结果,圈定腾冲地区地热异常区的空间分布情况。共发现8处地热异常区,其中3处是本次研究识别出来的。与有关地热田、热泉、火山的分布资料的对比分析,结果显示所圈定的地热异常区是较合理的。腾冲地热异常区的空间分布明显受到区内地质构造控制,并跟地表高温异常和岩体蚀变等遥感反演信息有密切的联系。     

岩体水力压裂应力-渗流耦合近场动力学模拟

裂隙岩体应力-渗流耦合机制是油气开采、地应力测量与地质灾害防控等岩土工程活动的理论基础。基于近场动力学非局部作用思想提出了物质点双重覆盖理论模型,通过将近场动力学在模拟固体材料变形损伤与地下水渗流两方面的优势相结合,采用“混合”时间积分方案,构建了流体压力驱动条件下裂隙岩体应力-渗流耦合的常规态型近场动力学模拟方法,并将其应用于空心圆柱体注水试验模拟,揭示了水力裂隙起裂、扩展和贯通的作用机制,通过与室内试验及传统数值方法计算结果对比验证了模拟方法的有效性。模拟结果显示,空心圆柱体注水试验过程中岩体的变形和破坏完全是由水力驱动的,水力裂隙的产生是随机的,不需要指定裂隙扩展路径,并且水力压裂过程中致使试件破裂的能量存在积蓄-释放过程,应用近场动力学方法可以较好地捕捉该现象。     

基于近场动力学与有限体积法耦合的裂隙岩体渗流模拟

考虑在不降低求解精度的情况下有效地减少计算量,基于有效应力原理提出了一种有限体积法与近场动力学耦合的方法来模拟饱和孔隙裂隙介质中水力裂缝扩展问题。首先,通过多孔介质渗流模拟算例验证了所提方法的有效性;其次,通过几个数值算例进一步验证了该方法在流体驱动下模拟饱和裂隙孔隙介质中裂纹扩展的能力和主要特点;最后,通过对5个工况的模拟,展现了围压差对水力压裂裂缝扩展具有诱导作用的现象。同时,将该耦合方法的数值模拟结果与其他数值、解析结果或试验结果相对比,进一步说明所提出的耦合方法能够有效模拟岩石流固耦合的力学扩展破裂过程。     

基桩嵌岩段抗拔承载特性现场试验研究

通过现场试验研究了砂岩层中基桩的抗拔承载特性,分析了基桩嵌岩段的破坏机理,提出了嵌岩桩极限抗拔承载力的预测公式,将计算结果与试验值和规范计算值进行了比较。研究结果表明:嵌岩桩的上拔荷载-桩顶位移曲线均为陡变型,增加桩长可以有效地增加承载力,但对桩顶位移的影响有限。试验得到桩岩相对位移为20～25 mm,中风化砂岩层侧阻力达到极限,极限抗拔侧阻力为925.4～961.3 kPa。当桩身强度高于桩周岩体时,基桩的抗拔承载力由桩周岩体的抗剪切强度提供,桩的极限侧阻力可以等效为桩周岩体的抗剪切强度。现行规范的计算值偏于保守,与本文试验值的比值为0.18～0.39。     

非对称应力作用下干热岩水力压裂裂缝扩展机理研究

为了研究非对称应力作用下干热岩双井筒模型的水力压裂裂缝扩展机理,建立了描述岩体细观结构的热流固耦合损伤模型,然后使用有限元方法开展了数值模拟研究.研究结果表明：当最大地应力方向垂直于双井筒连线方向且基岩温度较低时,裂缝首先沿着最大地应力方向发展,随着基岩温度的升高,岩体损伤区域的面积随之增大,产生的裂缝网络范围也随之增大,且裂缝在两个井筒的缝网交汇处更容易扩展.当最大地应力方向平行于双井筒连线方向且注水压力较低时,裂缝同样首先沿着最大地应力方向发展,随着注水压力的增大,裂缝在双井筒内侧交汇,内侧交汇区的裂缝扩展范围明显大于双井筒外侧.     

岩体粗糙单裂隙流体渗流机制的实验研究

岩体的天然裂隙结构与渗流行为异常复杂,岩体裂隙渗流机制与定量描述一直是岩土、矿业、地质、石油及天然气工程高度关注的难点问题．为了探究岩体粗糙裂隙的渗流机制和粗糙结构的影响,本文通过岩体单裂隙物理模型的水渗流实验,利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数和PMMA材料制作了不同分形维数粗糙单裂隙的物理模型,利用高速摄相机记录了粗糙裂隙水渗流的全过程,分析了水渗流性质随裂隙粗糙性的变化规律及粗糙结构对渗流机制的影响,阐述了粗糙结构中水渗流的流动阻力构成,建立了水流阻力与裂隙粗糙性关系的分形模型,提出了粗糙单裂隙分形等效渗透系数和计算公式,为理解和定量描述岩体粗糙单裂隙渗流性质及其与裂隙结构之间的关系提供了实验依据和参考．     

深部岩体传热机理的研究现状与进展

基于国内外深部工程普遍面临的高温状况,探讨了深部高温的形成机制与影响因素。围绕岩体导热性质研究、水热耦合迁移问题和工程环境对传热的影响三个方面阐述了深部岩体传热机理的研究现状,目前的研究成果主要体现在建立了深部工程的热交换理论体系、矿山地热学的理论体系和地下工程制冷降温系统的热力学基础。在总结分析的基础上,确立了深部岩体流固耦合传热问题的研究思路：开展深部工程区域的的渗流场监测和开展岩体的流固耦合传热实验和建立岩体在应力-渗流-温度耦合条件下的传热模型,揭示深部岩体的传热机理。