不耦合装药爆破对硬岩应力场影响的数值分析

爆破地震勘探石油是一种重要的方法,但爆破地震效应与爆破参数、地质条件等密切相关。采用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对柱状炸药与药孔壁之间为空气或其他介质以及空隙间距变化时碳酸盐岩岩石中爆炸应力波的传播规律和爆炸地震波能量的衰减特性进行了数值模拟研究,得到了不耦合装药爆炸时岩石应力、振动速度的衰减规律以及与不耦合系数、间隙介质的关系,分析了不耦合效应对爆炸地震波能量的影响。研究表明,不耦合或耦合不好时会使岩体中爆炸应力波的强度大大降低;耦合状态对岩体应力及速度的衰减系数和衰减指数影响较大;在空隙中注水或灌满泥浆会改善它们的耦合关系,增大下传的爆破能量。所得成果可为我国西南地区优选适合碳酸盐地层地震勘探的激发因素提供技术途径和方法。     

小应变条件下应力路径旋转对剪切模量影响

以重塑土经 固结形成的试样以及经 固结后通过特殊应力路径达到特定应力状态的试样为对象,研究了在小应变范围内应力路径旋转对土体剪切模量的影响以及剪切模量随应变变化的趋势。研究表明,在小应变范围内：（1）剪切模量的初始值随试验应力路径与近期应力历史间的夹角 增大而增大,当两者完全相反时,应力路径旋转对土体在小应变条件下的剪切模量影响最大;完全一致时,其影响最弱。（2）割线剪切模量总是大于切线剪切模量;剪切模量随着剪切应变的增加而衰减,且衰减规律保持一致,但应力路径、应变范围不同时其衰减幅度不同。在小应变条件下,土体表现出各向异性,但随剪切应变的增加而逐渐减小,最终表示为近似各向同性;同时由应力路径旋转对模量的影响也随着剪切应变的增加而逐渐衰减。     

喷混凝土边坡温度场与应力场耦合的有限元时效分析

由于混凝土材料与岩土材料的热传导系数、比热容与热膨胀系数的差异,在温度的循环变化下使得喷射混凝土边坡容易于喷层与岩土层的结合面处产生应力集中而开裂。采用有限元的方法,考虑地应力与温度应力的耦合作用,分析了在一定的边界温度作用下不同时刻边坡喷层面的水平位移,以及喷层与岩层结合面处的剪应力的分布规律;指出在温度应力与地应力的共同作用下,喷混凝土边坡坡顶与坡脚均为容易发生破坏的地方,通常坡顶的破坏型式为拉张破坏而坡脚则为剪切破坏;边坡内的温度分布、边坡表面的位移与应力的变化均存在一定的时间效应,这一规律与实测规律比较吻合。分析结果表明,当温度变化剧烈时边坡的防护必须考虑温度应力的影响。     

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。     

核废物地质处置中热-水-应力耦合对迁移影响的三维有限元模拟

将所建立的热-水-应力-迁移耦合模型及开发的有限元程序,由二维分析拓展到三维分析,并从方法论研究的角度,以一个简单的核废物地质处置模型为算例,进行热-水-应力-迁移耦合过程的三维数值模拟,考察了近场的温度、饱和度、核素浓度、孔隙水压力、位移、正应力、流速等的分布与变化,认为计算结果符合规律,得出了若干结论：为了精确地模拟放射性核素迁移,就必须将温度场、渗流场、应力场和核素浓度场进行耦合分析;核废物埋存若干年后将在处置孔壁附近产生较高的压应力;缓冲层内各点的核素浓度达到相对稳定的时间要比温度和饱和度达到相对稳定的时间长得多。     

古构造应力场数值模拟及危险性预测研究

在精确确定构造序列与构造格架的基础上,探索出一套从建立构造模型、确定边界条件、选取岩体力学参数与危险性判断准则、计算古构造应力值、预测危险区与安全岛的基本思路与方法。采用有限元法,建立了矿区平面应力与三维构造模型,从加载方式和加载大小两方面模拟历史时期作用于成庄煤矿上的古构造应力。根据地表岩体和深部煤层中的节理,计算其内摩擦角和岩体抵抗变形破坏的能力,获得了古构造应力作用下地表表层、3#煤层的临界区、危险区与安全区。结合研究区节理、断层、褶皱、陷落柱等构造形迹特征,对危险性分区进行综合预测。预测结果揭示,山西晋城成庄煤矿区存在先南北向、后东西向的两期大的古构造运动,即先东西向加载60 MPa,再南北向加载110～180 MPa,可能的危险区分东、西两带,该结论对煤层岩体应力集中带和瓦斯突出区的预测具有重要的意义。     

深部高应力软岩动压巷道加固技术研究

为解决深部软岩高应力动压巷道维护的技术难题,针对孔庄矿-620软岩大巷处高应力区、受上方7335水采工作面、8331综采工作面采动以及断层影响的特征,分析其破坏状况和因素,模拟研究了采动影响前后大巷变形规律,掌握大巷应力状态变化规律及影响区域,提出大巷加固思想,优化加固方案,确定了合理加固参数。研究成果表明,采用锚网索喷+锚注联合支护技术,利用新型专利注浆锚杆,对大巷周围2 m范围注浆,能够有效控制大巷变形。进行井下工业性试验,通过注浆前后围岩力学性质对比、实摄及矿压观测手段检测,结果表明-620大巷变形破坏得到了有效的控制。     

固结比对石灰土动力特性的影响试验研究

以石灰改性膨胀土为研究对象,结合铁路路基实际的非等向固结状态,考虑了不同固结比或偏应力对石灰改性膨胀土动力特性的影响。通过循环振动三轴试验,对掺灰比为3 %石灰改性膨胀土,在选定的6组固结比下表现出的动力特性进行了研究,得出了固结比或偏应力的变化对其产生的影响。在研究的固结比范围内,随着固结比和偏应力的增大,石灰土的动弹模量显著地增大;阻尼比则相应地表现出减小的趋势,但所受影响程度较之动弹模量略小。     

上海砂土蠕变变形特征的试验研究

采用室内单向压缩试验研究了上海砂土的蠕变变形规律和蠕变机制以及蠕变变形与应力历史的关系。试验结果表明,上海砂土具有明显的非线性蠕变特征,应变与应力、时间的关系可以用幂函数拟合;应力历史对砂土的蠕变性有显著影响,当荷载小于预压荷载时砂土的蠕变性显著减小。上海砂土的蠕变原因主要是砂土颗粒间的相互错动滑移所致。     

工程区高地应力判据研究及实例分析

对原地应力状态的准确把握是地下工程稳定性评价的重要基础,而选择可行的高地应力判据是进行地应力状态评价的前提条件。在详细分析现有各种原地应力评价判据的基础上,提出可行的高地应力判据,并在判据模型中引入了国际上认可度非常高的Shoerey模型,但该模型没有考虑岩体变形模量和岩石弹性模量的区别。通过广泛研究目前国内外关于岩体强度的理论和方法,引入Hoek-Brown岩体强度估算理论,补充完善了Shoerey模型。云南禄丰某工程隧道,工程区共布置两个地应力测孔,测试结果较为离散。利用应力状态评价和数据拟合方法,推算出最大埋深部位的应力值达19.29 MPa,而岩体整体强度仅为5.243 MPa。按照强度应力比和Shoerey模型的评判标准,该隧道洞身部位的应力状态均为极高应力状态,应引起重视。对原地应力状态评价的一般方法和步骤进行了概括总结,以方便其他工程参考使用。