对“动力扰动诱发承压底板关键层失稳的突变理论研究”的讨论

《岩土力学》2010年第8期刊登了"动力扰动诱发承压底板关键层失稳的突变理论研究"一文[1](以下称为原文),原文的分析模型引用文献[2],认为对于长壁全陷采煤工作面,可以假设底板隔水带是四边固支的矩形平板[2]。隔水底板上部受已破坏的底板导水裂隙带的重力Fr作用,下部受均布水压力Fw作用;平板边界受水平力H、剪应力N和     

对隔水底板破断突水机制的突变理论分析的认识——兼对潘岳教授等提问的答复

作者发表于《岩土力学》2010年第8期的文章"动力扰动诱发承压底板关键层失稳的突变理论研究"一文[1],引起了潘岳和李爱武两位老师的关注和质疑。作者十分感谢潘岳教授等对本文的指正,并十分愿意和两位老师就此问题展开讨论,这对于我们深入认识动力扰动诱发承压底板关键层破裂失稳引起突水的机制大有裨益。     

深部开采底板隔水关键层受局部高承压水作用破坏理论分析

大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。     

矿井底板突水过程中岩溶承压水的作用

本文根据现场统计资料,室内实验和数值计算模拟的研究成果,分析了岩溶承压水水量和水压的作用,着重分析了承压水在集中载荷与分布载荷两种形式下对底板岩层的破坏影响作用,研究了承压水的软化溶蚀作用和冲刷作用,以期为研究底板突水的防治理论与措施提供参考依据。     

煤层底板突水突变模型

本文建立了煤层底板突水的一个尖点突变 (cusp)模型 ,并分析了煤层底板失稳破坏发生突水的机制。基于定态曲面方程 ,可求得煤层底板水压应力比 Ip。当 Ip 1时 ,发生突水 ;当 Ip 1时 ,不会发生突水。基于分支曲线方程 ,可求得煤层底板突水临界采动导水裂隙带深度 h1l,当 h1 h1l 时 ,发生突水 ;当 h1 h1l 时 ,不会发生突水。     

承压水底板突水失稳过程的数值模型初探

利用自行开发的岩石破裂过程渗流与应力耦合分析系统F-RFPA2D,对承压水底板破裂失稳过程进行了数值模拟。在这个数值模型中,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。根据模拟结果,分析了承压水底板失稳的机理,对承压水底板的突水部位的预测进行了探讨。得出了与实际基本一致的结果,说明了F-RFPA2D作为一种新的数值模拟方法,可以用来研究承压水底板突水问题。      

煤层底板承压水导升带影响因素正交模拟试验

承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC^3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明：煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。     

基于FLAC3D煤层底板扰动规律的数值模拟研究

以河南贺驼煤矿1112工作面为工程背景,基于FLAC3D软件,通过建立相关数值模型,对工作面开采过程中煤层底板扰动规律特征进行了模拟研究,分析了煤层底板推进过程中在走向和倾向上的破坏深度和应力变化规律.结果表明:随着工作面的推进,底板破坏程度逐渐增大,当推进到一定距离时,底板采动破坏深度达到峰值,之后趋于稳定,而破坏范...     

含裂隙煤层底板突水规律的数值模拟与工程应用

本文结合淮北杨庄矿某工作面实际工程情况, 利用NCAP-2D-W对煤层底板突水进行多方案的数值模拟试验研究。主要内容包括:(1) 考虑在承压水不变的条件下,设计不同裂隙分布状态,探讨单裂隙、多裂隙、不同长度裂隙对煤层底板破坏的影响及开采矿压对裂隙顶部破坏的影响;(2) 考虑承压水的变化,分别考虑单裂隙和多裂隙两种分布状态,探讨裂隙对煤层底板破坏的影响及开采矿压对裂隙底部破坏的影响。通过分析受采动荷载、岩层结构变化、煤层底板中裂隙分布状态及承压水变化等因素影响的数值试验,获得了随开采工作面不断推进煤层底板破坏区的发展、突水导升高度的递增、突水通道的形成等相关规律。     

深部开采底板岩体卸荷损伤的强扰动危险性分析

为研究深部高应力岩体强烈的卸荷效应扰动底板破坏并诱发突水的危险性,根据卸荷力学理论,研究了深部开采卸荷对底板扰动破坏的影响,运用离散元软件计算了深部开采底板卸荷损伤的强扰动特征,基于三轴卸荷试验及损伤因子概念推导了卸荷量与损伤因子的关系,获得了底板岩体卸荷的扩展破坏条件,划分了底板卸荷扰动分区,分析了深部开采底板岩体卸荷损伤破坏的强扰动危险性。结果表明：随采深增加,底板卸荷起点及卸荷应力增加,卸荷量却降低,而深部开采较小的卸荷量便造成底板严重损伤破坏;岩体卸荷量越大,卸荷速率、位移量及渗透系数越高,越易致其扩展破坏;裂隙倾角及水平应力与垂直应力比值越小,越易满足底板岩体卸荷的扩展破坏条件。     

基于尖点突变的河型稳定性判定方法

冲积河道的自我调整过程是多因素相互作用的复杂响应过程,对冲积河道河型的稳定性和调整方向进行判定是河流动力学的基本问题之一。根据突变理论中的尖点突变模式,采用影响河道稳定性的控制变量与状态参量,建立河道平衡状态方程,并推导得到河流状态判别式。通过对100多条天然河流及实验河段进行验证,结果显示这一方法能判定冲积河流的河型稳定状态,并对其调整方向作出预测,为实际工程中的河流整治提供一定的参考。     

煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术

准确圈定煤矿工作面底板突水预警重点监测区域,实现监测位置和潜在突水点位置在空间上的匹配,是突水灾害预警急需解决的问题之一。为研究煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术,采用水文地质分析、GIS空间分析及ANN预测等技术手段,建立了底板突水灾害预警重点监测区域评价指标体系,提出了将不连续指标转化为连续指标的方法,建立了评价模型,研发了重点监测区域评价GIS系统,实现了煤矿底板突水灾害预警重点监测区域GIS与ANN耦合评价技术,最后以赵庄煤矿5303回采工作面底板突水监测预警为例,利用研发的系统圈定了该工作面重点监测区域。研究表明,确定预警重点监测区域的影响因素主要有含水层水压、含水层富水性、含水层防（隔）水煤岩柱厚度、老空区危险性指数、断层危险性指数、陷落柱危险性指数和封闭不良钻孔危险性指数,利用分段函数可以有效将不连续指标转化为连续指标,研发的评价系统可以实现煤矿突水灾害预警监测位置自动评价,评价结果与现场揭露及水害预警系统监测结果一致。     

岩质边坡稳定性评价的尖点突变理论模型

考虑岩质边坡后缘张裂隙中的孔隙水压力及地下水对软弱结构面的物理化学作用,将软弱结构面分为应变硬化区和应变软化区,建立单平面滑动破坏的岩质边坡力学模型,引入尖点突变理论,建立尖点突变模型,推导岩质边坡突变失稳的充要力学条件判据,并重新推导极限平衡法的临界稳定系数。结果表明,分叉集方程等于0为岩质边坡突变失稳充要力学条件判据;由于滑面处含水量不同,稳定系数小于1,边坡不一定会发生失稳;稳定系数大于1,边坡也不一定稳定。     

A viscoelastic model for the dynamic response of soils to periodical surface water disturbance

In many instances soils can be assumed to behave like viscoelastic materials during loading/unloading cycles, and this study is aimed at setting up a viscoelastic model to investigate the dynamic response of a porous soil layer of finite thickness under the effect of periodically linear water waves. The waves and homogeneous water are described by potential theory and the porous material is described by a viscoelastic model, which is modified from Biot's poroelastic theory (1956). The distributions of pore water pressures and effective stresses of various soils such as silt, sand, and gravel are demonstrated by employing the proposed viscoelastic model. The discrepancies of the dynamic response between the simulations of viscoelastic model and elastic model are found to be strongly dependent on the wave frequency. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.