加锚岩石抗弯特性试验研究

采用煤层顶板岩石作为加锚基体,用钢丝模拟锚杆,薄钢片模拟钢带,对加锚体进行了三点弯试验,并与常规试件进行对比分析。结果表明,因岩石抗压与抗拉性能的差异,试件在弯曲过程中,下表面拉应变的增长速度大于上表面压应变的增长速度,裂纹最先在下表面产生并逐渐向上发展。加锚试件,因锚杆改善了锚固区域岩石的力学性能,且钢带与锚杆共同承担了一定的拉应力,锚固试件抗弯能力有所增强。试件截面应力状态可以结合破坏过程分为3个阶段,第1阶段为弹性阶段;第2阶段为裂纹产生与扩展阶段,岩石承载能力逐渐劣化,拉应力逐渐向钢带转移,岩石裂纹发展受限,试件抗弯能力有较大提升;第3阶段为破坏阶段,锚杆失黏,挠度持续增加而试件承载能力趋于稳定。     

回采工作面周期来压步距的灰色预测

利用灰色系统理论, 将回采工作面周期来压视为灾变, 仿线性GM(1, 1)预测模型建模机理, 本文建立了包括线性模型在内的统一非线性GM(1, 1)预报模型。利用非线性模型特例Verhulst模型和线性模型分别对两个不同矿山条件老顶周期来压步距进行预测, 结果表明, 不同的地质条件将适合不同的预测模型, 不能简单一概用线性模型进行预测。对于地质条件发生灾变的情形可建立激励预测模型对周期来压步距进行预测。     

非线性岩石力学问题求解的几点思考

岩石是经历多次地质构造运动形成的极为复杂的材料,高度的非线性是其本质特征之一。如何采用非线性方法对岩石力学问题研究是前瞻性的课题。本文主要工作为采用遗传算法实现了对岩石力学参数如E、μ、c、φ同时进行反演识别,结果可靠;建立径向基神经网络逼近岩石应力-应变关系代替传统的本构关系,更加符合实际,为岩石力学问题的计算,提供了新的途径;建立小波神经网络模型,可以根据具体问题的属性,自动调节网络节点数目,避免人为给定网络节点数目的弊端,使得对岩石破坏演化过程中物理量的变化的预测更加符合实际。     

物理细胞自动机与岩石弹-脆-塑性性质的细观机制研究

基于能量守恒定律和岩石的基本力学性质,进一步发展了由作者提出的一种用于模拟岩石非线性破坏演化的新方法-物理细胞自动机（PCA）模型。该模型通过岩石内部（或细观）基元（或细胞）间简单的随机相互作用的综合结果来反映岩石系统整体的稳定宏观力学现象。利用PCA模型,研究了形成不同岩石本构关系的本质影响因素,揭示了岩石弹-脆-塑性性质的细观机制,为进一步认知岩石等非均质材料的力学性质提供了一种新的理论方法。同时,其研究思路和结论也可为微观和细观力学的数值模拟方法及新型复合材料的设计提供重要的借鉴。     

坚硬顶板采场采空区岩层离层遥测研究

利用梁弯曲理论,根据岩层间变形不协调性关系,建立了坚硬顶板离层的判别条件,并指出了相应参数对顶板变形的相对影响程度。采用遥测技术监测坚硬顶板采场采空区岩层离层,结果表明,遥测系统可以有效采集到顶板岩层离层发育信息,通过监测曲线的分析,能够确定采空区顶板产生离层的位置,进而可预测出顶板垮落厚度。利用遥测系统采集到采空区顶板失稳前的离层信息,及时采取相应的措施,可保证坚硬顶板煤层安全开采。     

加锚岩石力学性质及破坏特征试验研究

采用煤矿煤层顶板岩石作为加锚基体,用钢丝模拟锚杆,对由二者组成的加锚岩石进行了巴西劈裂、单轴压缩和压剪试验研究。结果表明,当加锚试件岩石基体出现塑性屈服裂纹开始扩展后,锚杆逐渐取代岩石基体成为外荷载的承载主体,试件的破坏特征由脆性向延性转变。加锚试件劈裂过程中,圆盘中心出现裂缝后,部分试件仍具有一定的承载能力,其抗拉强度提高了51.1%;另有部份试件则表现为迅速破坏并丧失承载能力,其抗拉强度提高了91.6%。单轴压缩试验中,加锚试件的破坏形式可分为两类:一类为裂纹平行锚杆轴向发展;另一类为裂纹垂直锚杆轴向发展,加锚试件的抗压强度提高了34.6%。加锚试件剪切过程中,其承载能力出现了明显的二次劣化现象,回归试验结果可得加锚试件的内摩擦角基本不变,而凝聚力提高了22.9%。     

挡土墙库仑土压力的遗传算法求解分析

在对破裂面上滑动土体静力极限平衡分析的基础上,建立了基于优化方法求解无黏性土、黏性土库仑土压力的自变量取值区间和目标函数模型,并采用遗传进化方法进行了实例求解分析。研究结果表明,遗传算法在计算挡土墙库仑主动土压力的过程中,收敛速度快、用时短,并具有较高的计算精度。算例1中5组无黏性土挡土墙的主动土压力的计算结果与经典库仑解析解非常接近,平均误差为1.748 %,平均进化代数为15代。算例2中8组黏性土挡土墙的主动土压力计算结果与文献的解答非常吻合,平均误差仅为0.017 %,平均进化代数为17.125代。遗传算法具有良好的适应性和强大的搜索性能,非常适合求解岩土工程优化问题。     

相空间重构中时滞判定的功率谱分析法

从再现系统原始信息和确定混沌关键指标角度,论证了相空间重构中时滞判定的重要性。构建基于时滞的时间序列自相关系数和自相关函数式,提出了时滞判定的功率谱方法。通过实际应用效果的比较,时滞判定的功率谱方法具有数据处理量较小和判别过程较稳定的优点,在一定程度上解决了Wolf方法确定Lyapunov指数鲁棒性较差的问题。     

考虑体积应力效应的大理岩硬化软化力学模型

以锦屏二级水电站大理岩室内三轴压缩试验结果为基础,推导了考虑体积应力效应的塑性内变量公式,并研究了大理岩强度参数及剪胀特性随内变量的变化规律,结果表明,大理岩在峰前阶段凝聚力稍有降低,在峰后阶段迅速减小;内摩擦角随内变量增加而增大,并在内变量为0.8～0.9时达到最大值;不同围压下大理岩剪胀角均随内变量增大,且表现为先增大后减小的变化趋势,但低围压和高围压条件下剪胀角变化趋势不同。在此基础上建立了大理岩考虑体积应力效应的力学模型,并通过FLAC3D模拟了大理岩室内常规三轴压缩试验,模拟结果与室内试验结果吻合很好,表明该模型可较好地反映大理岩的主要力学特性。研究方法和成果可为其他深部脆性岩体的变形破坏分析提供重要的参考价值和借鉴意义。     

岩层破坏突变前兆异常识别方法

岩层是一种力学性质极为复杂的材料,其破坏灾变前兆异常呈现出多变性。作者就岩层破坏灾变前兆异常的几种识别方法包括趋势与滤波、模糊识别、分形方法和奇点的多分辨率小波识别等进行了对比分析。实例表明,小波技术可有效对岩层突变异常信息点进行多尺度辨析,能够对顶板冒落灾变前兆信息进行有效把握,是值得推广的一种方法。