基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究

针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明：裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。     

重塑压实黏土Ⅰ型断裂试验研究

为探究重塑黏土Ⅰ型断裂韧度,本文在前人研究基础上,通过对应变控制式直剪仪进行改造,消除了传统三点弯曲试验对土体断裂韧度测试所带来的影响,研制了土体Ⅰ型断裂韧度测试仪,并对重塑黏土进行了一系列试验。试验结果表明:新研制出的土体Ⅰ型断裂韧度测试仪具有较好的可靠性;对具有相同物理状态的试样,U 形裂纹试样的断裂韧度最大,三角形裂纹试样的断裂韧度最小;试样的含水率和干密度其断裂韧度KIC具有显著影响,随含水率增加,断裂韧度呈现先增后减的变化规律,而随干密度增加,断裂韧度几乎线性增加;在试验采用的加载速率范围内,加载速率对断裂韧度的影响较小。     

冻土中微裂纹尺寸的识别与确认

在对冻土微观结构试验观测的基础上,提出了对冻土中微裂纹尺寸进行识别和确认的方法,给出了3种典型土质在不同温度下的微裂纹尺寸参考值,为应用冻土强度破坏准则进行定量计算与分析提供依据。将冻土微裂纹损伤区作为冻土体的缺陷处理,并按“当量化裂纹”原则,把冻土微裂纹损伤区简化为“当量裂纹”,如此给出了理论估算微裂纹尺寸的新途径。把理论计算与试验观测结果进行比较,二者符合较好。     

岩爆倾向性指标及其相互关系探讨

岩石岩爆倾向性评价是地下工程岩爆风险评估的基础,评价指标众多,且各有特点,应用存在误区。在澄清岩爆倾向性概念的基础上,通过系统文献调研,对岩爆倾向性评价指标进行了归纳和分类,从获取方法的角度重点分析了岩爆倾向性指数W_(et)和强度脆性系数B。针对W_(et)获取中卸载点难以准确控制的传统难题,建议了以体积应变反弯点作为卸载控制点的试验方法,试验结果表明,该方法科学、有效。基于对岩石W_(et)和B值的充分调研总结,分析了二者的相互关系,改进了B值评价标准,为更科学合理地评价岩石岩爆倾向性奠定了坚实基础。     

含双裂隙岩石裂纹演化机理的离散元数值分析

采用离散单元法探讨了预制双裂隙岩石的裂纹演化机理。用近期从试验资料提取的无胶结厚度含抗转动能力的岩石微观力学模型和相应的离散单元法商业软件,模拟了含不同预制倾角的双裂隙岩石试样在单轴压缩作用下裂纹的扩展与贯通规律,揭示了裂纹演化的宏微观机理。同时,将离散元法DEM岩石试样的裂纹的扩展和贯通规律以及强度特性与室内试验结果进行了比较分析。结果表明,预制裂隙之间以及端点处的拉应力集中是导致裂隙岩石破坏的主要原因,且DEM数值试验得到裂纹的演化规律与室内试验结果较为一致。含30°的预制裂隙的岩石试样最容易起裂,含75°的预制裂隙的岩石试样最困难起裂,造成此种现象的原因可能是裂纹在垂直于主应力方向上的长度不同导致试样受拉区域大小不同。     

卸围压下砂岩力学特性及细观机制颗粒流分析

鉴于试验砂岩内摩擦角较大及峰后脆性强的特点,选用颗粒流程序PFC2D中的cluster单元进行模拟,在常规三轴压缩试验校正的基础上得到一组能够真实反映砂岩宏观力学行为的细观参数,模拟了砂岩两种卸围压路径,结果表明其峰值强度随初始轴向应力的增大而不断增大,其规律与试验相同。选取了两种卸围压路径微裂纹数目随应力-应变的演化趋势进行分析,结果表明卸围压对试样造成的损伤较加轴压大,同时初始轴向应力增大一定程度上增加了试样承受破坏的能力。通过对不同应力路径裂纹两侧位移场的分析可知卸围压会造成颗粒在横向产生位移不连续,导致试样破坏。     

交叉裂隙岩体裂纹扩展试验及混合有限-离散元数值模拟研究

对预制交叉裂隙岩石试样进行裂纹扩展试验,研究了裂纹萌生、扩展、聚合过程,分析了主裂隙和轴向载荷夹角及主次裂隙夹角对裂纹起裂应力和聚合应力的影响,并用混合有限元-离散元程序,即图形处理器并行化的3D Y-HFDEM代码对试验进行了仿真计算,实现了岩石破坏从连续介质向非连续介质的过渡,对裂纹类及损伤破坏模式进行了识别,捕捉到了试验中难以发现的现象。研究表明：随主裂隙与轴向载荷夹角增加,裂纹聚合区的拉伸裂纹数量增加;裂纹起裂和聚合应力与主裂隙与轴向载荷夹角成正比;主次裂隙夹角增加,岩石的破坏模式由拉伸破坏转为剪切破坏,交叉裂隙加剧岩石破碎程度;主裂隙尖端萌生扩展的拉伸-剪切混合裂缝引起的破坏在岩石破坏中占主导地位,是导致岩体失去承载能力的主控裂纹;混合有限元-离散元仿真软件GPGPU并行化的3D Y-HFDEM IDE在岩石裂纹扩展研究中具有优势,可以捕捉实验室难以发现的损伤断裂类型,可以作为岩石裂纹扩展研究的有力工具。     

超高压容器的强度和断裂分析

本文针对超高压容器研制工作的需要,对先热套后自增强的双层厚壁简体进行了弹塑性分析和断裂分析,给出了自增强压力的计算公式、不同区域应力分布的计算公式、在屈服层中有关位移与应变的计算公式和断裂分析方法。通过计算实例,提出了值得注意的一些问题,在理论推导中所采用的基本假定是:(1)材料是理想弹塑性的;(2)轴向应力σ_z与简体内任意一点的动半径座标r无关     

平面剪切断层系相互作用的研究

本文利用数值模拟方法对 2种典型地震断层系进行了研究。首次引入利用所有裂纹面上裂纹张开位移 ( COD)数据计算应力强度因子和应力场的方法 ,提高了计算精度。本文对此方法进行了验证 ,利用边界元算法获得 COD数据 ,将全裂纹面上的 COD数据代入公式 ,拟合出应力强度因子和应力场。此方法后处理少、可靠性好、计算时间也相应较短 ,且易于操作实现 ,适用范围较广。在上述工作的基础上 ,本文利用此算法讨论了 2种典型的平面双等长裂纹系问题。第一种是平面共线剪切双裂纹 ,主要讨论了这种非单一裂纹在外力作用下的相互作用 ,定量给出了裂…     

Growth patterns and dynamics of mud cracks at different diagenetic stages and its geological significance

This paper discusses the growth stages,spatial structures,quantitative fitting relationships among various parameters,growth patterns and influencing factors of mud cracks by field survey,core observation and SEM analysis.The study shows that:(1) Mud crack growth can go through three stages,i.e.the syndiagenetic stage,the burial diagenetic stage(including early diagenetic stage,middle-late diagenetic stage) and the epidiagenetic stage.(2) Quantitative fitting relationships among various parameters allow a great significance to describe the spatial structure,the regional distribution and the growth environment of mud cracks.(3) Mud crack growth has three models,such as the unilateral growth model including the linear growth pattern,the curvilinear growth pattern and the bifurcation growth pattern,the multilateral growth model including the inteisectional growth pattern,the join growth pattern and the dispersed growth pattern,and the mixed growth model including the combination of any patterns listed above.(4) Modern mud crack growth usually undergoes four stages.Sand beds in sand-mud rhythmic strata can play a lubricative role on crack growth and provide enough sandy deposits for filling cracks.(5) Mud crack growth usually produces bifurcation and bifurcation angles which are mostly 120° or 90° that are related to sediment heterogeneity and released energy.(6)Factors affecting mud crack growth cover many aspects:clay content and salinity can control the number of mud cracks in different areas;terrain can control mud crack morphology;and different sedimentary cycles can control the growth patterns and filling models of mud cracks.