基于H-J-C本构模型的掘进机截齿破岩过程的数值模拟

针对掘进机实际外负载难以获取及其载荷特性难以正确把握的现状,提出了利用接触动力学、岩石力学和有限元法等理论和方法构建在显示动力学分析程序LS-DYNA环境下基于H-J-C本构模型的截齿与岩石的接触动力学模型数值模拟平台;利用该平台对掘进机镐形截齿的横摆破岩过程进行了数值模拟,得到了截齿受到的三向阻力曲线;通过载荷特性分析,验证了所得载荷曲线的准确性,并获得了某工况下截齿载荷的主要频率结构;分析了截齿的碎岩机理,发现岩石的破碎是与截齿直接接触的岩石的拉压应力和其周边的剪切应力集中综合作用的结果.     

自移式掘进机辅助支护设备的改进

为了提高自移式掘进机辅助支护设备的稳定性,依据围岩与支护的作用关系分析作用在自移式掘进机辅助支护设备上的围岩压力。在此基础上对其结构参数进行优化改进,同时增加了垂直导杆机构,并进行了有限元分析。分析结果表明,通过改进设计,既提高了自移式掘进机辅助支护设备结构的合理性,同时增加导杆机构减小顶梁的前移量,提高了稳定性。     

岩盐钻井开采井底非自由淹没场的模拟分析

采用玻璃仪器对岩盐钻井开采井底非自由淹没射流场及循环场进行了模拟实验研究及理论分析．结果表明,采用正循环注水形成非自由淹没水射流场时,在三角瓶容器中开始出水时示踪粒由瓶底向瓶口螺旋上升;广口瓶中喷距、容器高度及示踪粒直径较小时,示踪粒上、下移动的速率较大。在反循环注水,三角瓶中中心管开始出水时瓶中水位与其下端相切并维持稳定;在量杯中循环场刚形成时,容器中的水位高于进水套管下端,随后其逐渐下降直至与出水管下端相切．理论分析和计算表明,流场中上返速率与轴向速率互相竞争,致使示踪粒受二者的同时影响而表现为螺旋上升运动,而贴线的飘动亦是VH与Vm矢量和的方向。     

拉剪型危岩发育过程的模型试验

拉张破坏和剪切破坏是拉剪型危岩发育的主要力学机理,基于平面应变假定,文通过室内模型试验对拉剪型危岩发育过程进行了试验研究,得到了该类危岩在荷载作用下的损伤断裂破坏是从陡崖脚部逐渐向陡崖顶部发育,危岩失稳破坏具有突发性,主控结构面在受荷初期表现为拉张破坏,当主控结构面端部扩展至距离危岩体底部一定距离后主控结构面的破坏型式表现为剪切破坏等结论,为深入进行危岩发育机理研究提供了重要的试验依据。     

川北地区千佛崖组物源及岩相古地理特征

在野外露头、钻井岩心、测试分析等资料基础上,对川北地区千佛崖组进行了物源和岩相古地理研究,结果表明:研究区在该时期存在东、西部两个物源区,西部物源主要来自龙门山造山带北段,东部物源主要来自米仓山及大巴山造山带北段;两个物源区控制了两大近南北向展布的三角洲体系。西部三角洲的砂体成熟度相对较高,以岩屑长石砂岩和岩屑石英砂岩为特征,岩屑以变质岩岩屑和沉积岩岩屑为主,其重矿物为锆石、锐钛矿、白钛石组合;东部三角洲的砂体成熟度相对较低,以岩屑长石砂岩和岩屑砂岩为特征,岩屑以变质岩岩屑和沉积岩岩屑为主,见少量的火山岩岩屑,其重矿物为绿帘石、石榴石、白钛石组合。     

酸压动态条件下酸岩反应动力学参数测试新方法

酸压中活酸作用距离是评价酸压效果的重要因素。活酸作用距离取决于酸岩反应速度,酸岩反应动力学参数是酸压优化设计基础,这些参数的准确性决定优化设计的可靠性。设计了一种测试动态条件下裂缝中酸液有效传质系数和有效消耗时间的新方法,该方法通过酸蚀裂缝导流驱替实验,测试酸化前后岩板质量变化;基于岩板质量变化计算酸液消耗速度、酸液有效传质系数,再基于裂缝中的酸液量和酸液消耗速度计算酸液有效消耗时间。采用延长马家沟组岩板测试了稠化酸和交联酸的反应动力学参数,交联酸比稠化酸黏度高,有效传质系数比稠化酸低,在使用的实验条件下,稠化酸和交联酸在裂缝中的有效消耗时间分别为20 min和28 min左右。研究为酸压优化设计和酸液体系评价提供了依据。     

动力扰动下岩溶隧道突涌水渗流-应力-损伤试验研究

为探究不同距离下充水溶洞对岩溶隧道突涌水灾变演化的过程,基于扫描电子显微镜 SEM 对研究区的灰岩进行微观结构表征分析,再采用岩石破裂过程分析软件 RFPA2D-Flow 建立数值模型,模拟不同距离溶洞对隧道开挖的影响。试验结果表明：通过 SEM 观察发现,灰岩矿物内部晶体颗粒分布不均匀,形状不规则,存在溶蚀孔隙较为发育。隧道在开挖扰动过程中,不同距离下溶洞对隧道围岩破坏过程影响显著,当相对距离 1 m 时,溶洞周围围岩单元损伤最严重,2 m 时次之,处于临界状态,3 m 时最小。整个开挖过程大致可分为三个阶段：压密阶段、裂缝扩展阶段、失稳破坏阶段。根据 AE 计数与 AE 总能量的趋势变化,可以清晰反映出在隧道突涌水的灾变演化情况。研究成果对富水岩溶隧道突涌水的防预和处治提供给理论指导。     

层状盐岩储库夹层垮塌的理论分析

盐岩矿床中难溶泥质夹层的存在给水溶造腔施工带来了诸多不利影响,如何科学有效地对夹层的垮塌进行预测成为造腔施工中亟待解决的难题。提出了夹层的两种简化力学模型,在圆柱形储库弹性理论解的基础上,应用弹性板壳理论对直接顶板夹层和悬空型夹层分别进行了求解;结合材料的强度破坏准则和整体失稳准则,得到了夹层发生强度及失稳破坏的具体判别式;分别使用推导的公式和数值软件对造腔结束后作用在夹层上的最大径向压应力和最大径向拉应力进行了计算,理论解与数值解的计算误差在0~5%以内。针对国内某盐岩储库地质条件,应用推导出的判别式对造腔过程中夹层的垮塌进行了计算和判断。算例结果表明:推导的方法对难溶夹层的垮塌预测具有较好的实用性。     

岩石的卸荷劣化及其本构模型研究

卸荷条件下,岩石的变形参数产生劣化效应,弹性模量E在卸荷较小时变化较小,随着卸荷量的增加其快速减小;而泊松比μ则随着卸荷量的增加而变大.岩石的破坏阶段,变形参数与其应力跌落量有关:E随着应力跌落量的增加而减小;并呈线性关系.根据岩石变形参数的变化规律,将卸荷条件下岩石的损伤本构模型分为三段:一般加载段、卸荷段、应力跌落段.结合试验证明修正的统计损伤本构模型较为符合实际.     

顺层岩质滑坡防治方案研究——以重庆市石柱县龙井滑坡为例

顺层岩质滑坡已对人类造成难以量计的灾害及损失,滑坡的防治方案研究对减少此类灾害发生意义重大。为了对顺层岩质滑坡的防治方案进行研究,本文以重庆市石柱县龙井滑坡研究对象,通过方案对比的方法得出了更适合该滑坡的防治方案,并利用数值模拟对此方案进行了治理效果评价。研究表明,“两级抗滑支挡+地表排水+地裂缝封闭”更适用于龙井滑坡,根据治理效果模拟,滑坡最大水平位移减少58.9%,最大竖向位移减少58.1%,最大剪切应变增量减少52.9%。两级抗滑支挡能改善顺层岩质滑坡应力分布,提供抗滑力,减少塑性区范围以及减缓下滑趋势。