基于相场法的岩石三点弯曲细观破坏数值模拟

岩石中裂纹的起裂、扩展和贯通等行为是研究岩石变形、强度及稳定性的关键力学问题,通过数值方法预测和分析裂纹扩展行为具有重要意义。相场法在严谨准确的理论框架内,克服了传统断裂力学理论及数值计算方法显式追踪裂纹面的挑战,能很好地模拟裂纹起裂、扩展、分叉和多裂纹相互贯通。本文通过裂纹扩展主要区域建立了能够反映岩石内部细观结构的多尺度模型,利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。通过与室内岩石三点弯曲宏观和细观试验对比分析,结果表明,相场法能够很好地模拟和预测具有复杂细观结构的岩石内裂纹的萌生、扩展和贯通的破坏过程。     

深部巷道全空间协同控制技术及应用

深部巷道支护受地应力和围岩力学特性共同影响,且支护方式多样化。该文系统总结了深部巷道围岩变形破坏的典型特征,提出了深部巷道全空间协同控制技术,其对不同地质条件下深部巷道的支护方式和参数进行针对性优化设计。阐释了全空间协同控制的力学原理:"全空间支护、刚柔协同、让压释能、动态监测、局部加强",其核心是锚网索全空间协同控制,充分发挥围岩的自承能力。对比分析了不同预紧力条件下单体锚索、传统桁架和全空间桁架预应力场差异。研究表明,全空间桁架的最大预应力能比单体锚索提升了35%～40%。模拟分析知围岩黏聚力、内摩擦角和弹性模量为巷道变形主控因素。现场实践表明,全空间协同控制技术能够有效控制不同埋深巷道围岩变形。     

面向数据安全和实时交互的网络虚拟排爆系统

排爆作业的危险性显而易见,但在具体的教学和训练过程中,需要让学员掌握基本的知识和技能,传统的做法就是搭建实景实物,通过实地的实践,来学习相应的操作。这种学习方法的弊端比较突出,成本高,效率低,风险大,对安全防护等方面的要求较高。而新的网络虚拟技术的出现,较好地解决了这个难题。通过对相应的对象和环境进行仿真模拟,让学员可以很直观地掌握排爆的基础内容,将模拟仿真与实地实践相结合,可以达到非常好的教学效果。     

多次动压下近距离煤层群覆岩破坏规律研究

应用不连续变形分析(DDA)方法模拟分析了邻近工作面开采和本工作面开采对上覆岩层及留设小煤柱的变形影响规律,再现了上覆岩层、留设煤柱及巷道的变形破坏过程,获得了小煤柱巷道在多次动压影响下的变形量、应力分布和破坏范围.随着开采的推进.工作面的上方会形成半椭圆形的应力场,由此可预测采空区上覆岩层的离层及关键层的形成.当下煤层开采通过邻近上煤层所留设煤柱对应位置时,留设煤柱所承受的载荷最大,在回采过程中可产生很大的应力释放,导致上覆岩层有大范围的离层,并由此引发地表大面积沉陷.此时要注意防范诸如冲击地压及地表沉陷地质灾害事故的发生.     

锦屏层状大理岩断裂特征的微细观分析

锦屏二级地下洞室群围岩处于埋深大、高地应力状态,开挖卸荷后围岩变形破坏引起的工程问题十分突出。根据锦屏二级交通辅助洞所取得盐塘组大理岩的层状及白山组大理岩均质的特性,利用SEM高温疲劳试验系统,开展了对盐塘组大理岩不同层理方向受力及白山组大理岩的变形破坏特征及断裂机理的三点弯曲试验。试验过程中,将岩样加工成盐塘组大理岩平行层理、垂直层理及白山组大理岩3组试件。研究结果表明：盐塘组大理岩的层状特性是由于其矿物成分的方解石矿物颗粒及白云石矿物颗粒呈条带状相间分布所致,而矿物颗粒单一的白山组大理岩试件则较为均质;层状大理岩的断裂机理取决于对层理的作用力方向及矿物组成,并且表现出力学参数上的差异,而受矿物颗粒间的胶结能力及颗粒大小的影响,白山组试件强度则最小;盐塘组大理岩两组试件变形破坏过程表现出明显的3个阶段,而白山组试件变形破坏特征则划分为峰前及峰后阶段,受不同断裂机理的影响盐塘组荷载平行层理方向较之垂直方向试件的塑性变形特征明显,且白山组试件峰后阶段较为完整的表现出了其变形破坏过程。     

温度影响下煤层顶板砂岩的破坏机制及塑性特性

通过扫描电镜(SEM)研究了煤层顶板砂岩拉伸断裂后的断口形貌图, 结合砂岩破坏的表面形貌图, 在细观和微观层次对砂岩的断裂机制进行了研究; 比较了受不同温度影响后的微观断口形貌差异, 特别是高温疲劳断口的出现, 证实了温度对砂岩破坏的微观断裂机制产生了影响, 即随着温度的升高, 砂岩的断裂机制由以局部脆性断裂机制为主向局部脆性和延性耦合断裂机制转变, 并观察到大量的塑性变形, 这是影响砂岩强度变化的根本原因, 并可能是微褶皱.     

赋存深度对岩石力学参数影响的实验研究

研究赋存深度对岩石物理力学参数的影响,对于认识深部岩体变形破坏规律,以及分析深部工程灾害事故机理具有十分重要的意义.通过在北京门头沟矿区大台井同一岩层进行现场取样,获得了赋存深度处于410~1010m的7个深度水平上的同一层玄武岩,将其加工成77个标准试件(其中单压21个、三轴35个、劈裂21个),借助MTS815和RMTS150岩石力学实验系统,分别进行了单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂实验,获得了玄武岩密度、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等基本岩石物理力学参数随赋存深度的变化规律.研究发现,统计意义上玄武岩密度、弹模、单拉强度、单压强度、黏聚力、内摩擦角随赋存深度的增大而线性增加,仅泊松比随深度增加而线性减小.另外,还简要分析了造成不同深度同一岩层物理力学参数差异的原因.     

不连续变形分析及其在采矿和土木工程中的应用

2007年8月14-19日,第8届国际“不连续变形分析及其在采矿和土木工程的应用”（ICADD-8）会议在北京隆重召开,有来自中国、美国、日本、英国、新加坡、伊朗、以色列等国的60余位专家和学者加了会议。