爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展的动态分析

采用透射式焦散线测试系统,进行爆炸应力波作用下缺陷介质裂纹扩展试验,研究了含与炮孔共线的预制裂隙介质裂纹扩展速度、加速度、裂纹尖端动态应力强度因子和动态能量释放率的变化规律以及它们之间的变化关系。试验结果表明,在爆炸应力波作用下裂隙两端产生了两条翼裂纹A、B,翼裂纹A的长度较翼裂纹B长,两条翼裂纹向相反的方向扩展;在翼裂纹扩展过程中,存在着加速与减速的过程,扩展速度瞬间达到峰值,其后逐渐振荡下降;动态应力强度因子也呈现瞬间达最大值到逐渐减小连续振荡变化的趋势,动态应力强度因子 > ;翼裂纹尖端的动态能量释放率对裂纹扩展具有驱动作用。     

圆孔缺陷与I型运动裂纹相互作用的试验研究

为了研究运动裂纹与圆形孔缺陷的相互作用机制,采用数字激光动态焦散线方法进行了含圆形孔缺陷的冲击试验。结果表明：在冲击载荷下,I型运动裂纹在与圆形孔贯通前,断裂面光滑,扩展路径平直;运动裂纹从圆形孔上端起裂后,断裂面凹凸不平,扩展路径也更为弯曲。当运动裂纹朝向邻近的圆形孔扩展时,圆形孔对运动裂纹的扩展速度和动态应力强度因子有抑制作用,且随着圆形孔直径的增大,这种抑制作用不断增强。当运动裂纹与圆形孔缺陷汇聚后,圆形孔阻碍了裂纹的继续扩展,裂纹尖端被钝化,钝裂纹的起裂韧度较尖裂纹提高9.58%～13.87%,裂纹再次起裂时的扩展速度和动态应力强度因子存在明显的跳跃,表明钝裂纹更难起裂,需要消耗的能量更多。     

冻结壁融化阶段井壁温度应力研究

利用复合井壁的措施，立井井壁在生产经营阶段的破裂问题已基本得到了解决；但是，冻结壁解冻过程中的井壁破裂问题却长期存在着。为了详细分析立井井壁受力因素及过程，找出导致井壁破裂的真正原因，并提出切合实际的防破措施，笔者从物理学中的热胀冷缩原理出发，结合弹性力学中的热弹性理论及土力学中的Winkller地基模型，正确地推论出了冻结壁解冻期立井井壁应力的分布规律，并根据应力成分的分析，得出了温度因素才是导致井壁破裂的根本原因的重要结论。不仅从理论上解释了该阶段井壁破裂的一系列特征，而且为根本解决该阶段深立井的破裂提供了理论依据。     

不同倾角组合煤岩体的强度与破坏机制研究

对4种不同倾角组合煤岩体进行了试验和数值模拟研究,获得了单轴和三轴压缩条件下组合煤岩体的宏观破坏机制,并分析了煤岩组合体中煤、岩不同倾角交界面对煤岩组合体整体变形破坏的影响。研究表明,单轴荷载条件下煤岩组合体的破坏强度随着组合倾角的增加而出现先微小减小,而后迅速减小;同种倾角条件下,煤岩组合体的破坏强度随着围压的升高而逐渐升高,并且煤岩组合体的倾角越小,破坏强度升高的速率越慢,而倾角越大,升高的速率越快,可见围压对于大倾角裂隙的抑制作用更明显。通过三轴试验获得了煤岩组合体整体结构的黏聚力和内摩擦角,其中组合体黏聚力随着倾角的增加而逐渐减小,但内摩擦角变化规律不明显。通过扩展有限元对试验结果进行了模拟验证,发现随着倾角由0°增加到60°,外力功、屈服应力和弹性应变能都在下降,当倾角超过45°～50°后,外力功和屈服应力将与弹性应变能出现背离,这是煤岩组合体的变形破坏机制由剪切变形机制逐渐转化为界面滑移破坏机制重要标志。     

卵砾石层大断面斜井井筒支护方法现场试验研究

我国缺少在巨厚卵砾石层中采用普通施工方法掘进煤矿斜井井筒的成熟支护经验。结合伊犁一矿材料斜井和回风斜井的施工过程,设计了现场支护试验方案,对不含水和含水卵砾石层大断面斜井井筒的多种支护方法进行了试验。研究结果表明,含水与不含水卵砾石层斜井井筒相比,其支架变形量和支护难度显著变大;架棚临时支护结合钢筋混凝土永久井壁支护是不含水卵砾石层大断面斜井井筒有效的支护方法;含水卵砾石层地压显现明显,采用超前支护、架棚临时支护和钢筋混凝土永久井壁支护相结合的方法可以实现围岩稳定。由试验推断,库仑和太沙基土压力理论用于计算卵砾石层围岩压力误差显著。     

非满配重水钻井井壁筒竖向结构稳定的理论研究

提出了国内广泛采用的悬浮下沉井壁钻井施工法有其深度极限的观点。分析了泥浆中的井壁筒在加入配重水（非满水）后井壁底接触岩石时的受力状态;结合国内悬浮下沉井壁钻井法的工艺特点,建立了泥浆中的井壁筒为有底管状自重压杆的力学模型;以能量法为基础,利用结构稳定理论和流体力学理论原理,推导了非满配重水井壁筒竖向结构稳定临界高度的解析式,并给出了典型算例;强调了工程设计中利用该公式的注意事项,并指出进一步研究这一问题的内容和方法。