基于SURPAC的复杂岩体RFPA3D模型构建与应用

RFPA^3D软件前处理功能薄弱,无法有效便捷地建立形态复杂的岩体模型,而采矿专业软件SURPAC具有强大的复杂地质精确建模能力,且两款软件模型单元均为六面体单元,以此作为研究基础,提出利用SURPAC软件快速准确地进行RFPA^3D模型生成的方法.根据SURPAC块体单元和RFPA^3D模型单元之间的数据关系,在MATLAB中编制以上两种软件的模型转换程序STOR.m;并在某露天铁矿挂帮矿开采边坡失稳分析中进行了应用.计算过程及结果表明,复杂岩体模型的转换高速便捷、准确可靠,同时拓展了RFPA^3D和SURPAC的应用空间.     

公路岩质边坡稳定性的数值模拟分析

边坡因失稳而发生滑坡灾害会造成严重的人员伤亡和经济损失,为探究岩质边坡失稳破坏机理,进而对边坡进行针对性治理。本文以贵州省境内某高速公路边坡为研究对象,通过单轴压缩试验分析了该边坡的岩层岩性,并利用真实破坏过程分析方法（realistic failure process analysis）对该岩质边坡进行了数值模拟。研究表明：破碎带对边坡稳定性影响显著,支护前后边坡滑移面均出现在破碎带与基岩的接触面。锚索支护极大地提高了边坡的安全系数,无支护时边坡安全系数为1.1,边坡较不稳定;支护后边坡安全系数为1.64, 边坡稳定。边坡失稳破坏过程伴随着声发射能量的变化,支护前后均表现出缓增-激增-平缓的演化规律,因此,边坡发生灾害过程可以通过能量监测实现预警预报。研究结果对贵州省高速公路边坡失稳机制的研究和滑坡灾害防治具有重要的指导意义。     

新安煤矿16煤导水裂隙带高度研究

结合新安煤矿开采技术和水文地质条件,以岩石力学实验资料为基础,分别采用"三下开采规程"法、类比法、经验公式法和数值模拟法对新安煤矿16煤开采导水裂隙带高度进行综合对比研究。计算结果表明:数值模拟法可对裂隙带发育高度直观显示,并和最终确定的导水裂隙带高度一致;综合确定新安煤矿16煤的最大导水裂隙带高度为30m,防水煤柱高度35.5m,为确定16煤合理开采上限提供理论依据。     

煤层钻孔卸压效果影响因素分析

钻孔卸压抽采瓦斯是解决瓦斯灾害的有效方法之一。为了研究地应力等因素对煤层钻孔卸压效果的影响,首先从理论上分析了钻孔周围的应力和卸压区范围,利用弹塑性力学理论得到了轴对称情况下卸压区半径的解析解,然后讨论了影响卸压区范围的地应力等各种因素并利用RFPA^2D分别进行了数值分析。结果表明：（1）非轴对称地应力条件下,卸压区半径随着埋深的增大而增大;（2）卸压区半径随着煤层强度的增大而减小;（3）卸压区半径随着煤层周围地应力以及钻孔孔径的增大而增大。     

多孔材料的孔结构对其力学性能及破裂机制的影响

针对多孔材料的孔结构对其宏观力学性能及其破裂机制与耐久性的影响,对两种不同孔结构的多孔材料进行了单轴压缩和冻融循环试验,建立了能反映材料内部孔隙结构的三维非均匀数值模型,对两种多孔材料在单轴压缩下的破裂机制进行了分析.实验结果表明:孔结构对于金尾矿多孔材料的力学性能有显著影响.较大的孔隙率除会显著降低材料的抗压强度外,吸能性能会显著增加;在±25℃范围内冻融循环10次条件下的试验结果表明,当金尾矿多孔材料的孔隙率较小且为闭孔结构时,孔洞因冻融造成的孔壁颗粒脱落填塞而造成材料的抗冻性能有所提高;孔隙率较小时,金尾矿多孔材料在单轴压缩下的裂纹扩展主要从试件两端向试件中部扩展贯通为一条连续主拉裂纹,次生裂纹较少;而孔隙率较大时,压缩过程会出现大量微裂纹,最终主裂纹附近会伴随大量次生裂纹.     

岩体诱导冒落的数值模拟

采用RFPA分析软件,针对不同回采深度、不同节理分布,并考虑彼此综合作用,模拟了采场顶板的冒落过程.结果表明,采场顶板冒落轨迹近似拱形抛物线,冒落高度大约为开挖推进跨度的40%~60%.通过对比分析,得到以下结论:侧压力越大,开挖步距越大,则冒落高度越小;深埋高应力岩体冒落区形状由抛物线渐变为层状;水平节理岩体的冒落形状由抛物线形渐变成马鞍形;竖向节理冒落呈尖塔形.研究对实现低成本高效率开采、消除地下安全隐患、科学诱导采空区冒落具有理论和工程价值.     

单轴加载岩石损伤及声发射特性非均质效应的数值试验

为研究岩石非均质性对其力学特性的影响,运用岩石真实破裂过程分析软件RFPA2D,并采用岩石单轴常位移加载方式,分析不同均质度条件下岩石损伤演化模式和声发射特性.研究结果表明:均质度对岩石力学特性影响显著,随着岩石均质度的增高,岩石单轴加载损伤演化模式由延性向脆性过渡,宏观破裂弥散性降低,岩石峰值强度不断增大,当均质度大于30时,岩石峰值强度基本趋于稳定;岩石均质度较低时,单轴加载条件下岩石声发射体现出强度低、事件频率高的声发射特性,均质度增高时,岩石声发射强度也进一步提高,并且突变性增强.     

煤和瓦斯突出过程中地应力作用机理

基于岩石破裂损伤理论和气固耦合方法,利用RFPA2D-GasFlow数值模拟系统,结合煤体中应力分布情况和瓦斯突出破坏过程及结果,分析了煤与瓦斯突出三要素(地应力、瓦斯和煤体物理力学性质)中的地应力在瓦斯突出过程中的作用.研究结果表明,在地应力小于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有阻碍作用;当地应力大于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有双重作用:一方面其产生的水平压应力增强了煤体抵抗破坏的能力;另一方面其产生的剪切应力促进煤体发生破坏.同时应用研究结果对浅埋煤层瓦斯突出问题进行了分析,认为浅埋煤层承受的地应力较小,煤层中存在着水平拉应力和垂直拉应力且是大范围存在的,故导致浅埋煤层发生瓦斯突出且...     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

非均匀孔隙压力场导向水压裂纹扩展机制

为揭示非均匀孔隙压力场对水压裂纹扩展的影响,采用多孔弹性力学、断裂力学、渗流力学和热弹性力学理论,建立了考虑孔隙压力的水压裂纹尖端应力强度因子计算模型,并采用室内实验和RFPA2DFlow数值模拟软件进一步分析了非均匀孔隙压力场对水压裂缝扩展的导向机制.研究结果表明:孔隙压力场的存在可以增大水压裂纹尖端的应力强度因子,从而诱导水压裂缝沿高孔隙压力方向扩展;同时,水压裂纹尖端的应力强度因子会随着孔隙压力增大而增大,孔隙压力越大,裂纹的偏转幅度也会越大.