基于PFC2D岩石颗粒破碎强度和能量的分形模型

颗粒的破碎强度随着粒径的增大而减小,即颗粒破碎的尺寸效应,分形模型为解释固体颗粒破碎的尺寸效应提供了可行的方法。根据岩石颗粒破碎时的分形特征,采用Sammis破碎准则,通过模拟分析得出岩石颗粒破碎能量和强度的分形模型,建立和验证用分维D来表示岩石颗粒破碎的能量和强度准则,得出并验证了岩石颗粒破碎分维的确定方法。利用离散元软件PFC2D的黏结颗粒模型BPM（Bonded Particle Model）模拟了小孔隙率n=0.12和大孔隙率n=0.3,即密实和松散两种情况。其中小孔隙率采用在模型上添加小颗粒的新方法,分别做了400组粒径不等的数值模拟试验,从粒径与破碎强度、破碎能量之间的关系和应力-应变曲线3个方面进行了统计,验证了岩石颗粒破碎强度与分维D的理论关系为σ_f∝dD-3,并得出颗粒破碎时的能量和与分维D之间的关系为E_f∝dD-1。验证了分形理论在分析颗粒破碎的尺寸效应中的较好应用,为确定岩石颗粒的破碎强度和岩石堆砌体剪切强度提供新的方法和参考意见。     

极限平衡理论下边坡强度参数反演及加固稳定性分析

参数反演是获得较为可靠的边坡强度参数的一种有效手段。本文在对边坡临界滑动面进行判别的情况下,以瑞典法为基础,通过建立强度参数之间及其与临界滑动面一一对应的关系推导得边坡强度参数反演的显式计算公式。然后,将反演结果用于锚索加固条件下的边坡稳定性研究。经工程算例分析验证了本文方法的可行性和实用性,并得到如下结论:(1)预应力锚索能对边坡形成有效的加固作用,且锚索在坡面上的位置越靠近滑动面的滑出点时其对边坡的稳定性越有利; (2)锚索的预应力越大则计算得到的安全系数越大,而锚索水平倾角的增大对计算得到的安全系数影响微小。     

风积砂质高浓度胶凝充填材料性能与粉煤灰掺量关系分析

充填材料是决定煤炭充填开采效益、效率、效果的最主要因素。为了掌握风积砂质高浓度胶凝充填材料的性能变化规律,本文以粉煤灰的质量掺入比作为变量,试验研究和理论分析了粉煤灰对该充填材料性能的影响规律。结果表明,粉煤灰的适量添加可以提高充填材料的强度,大掺量导致强度相对降低; 泌水率随着粉煤灰掺量的增大总体上呈减小趋势,较大掺量试样泌水速率相对较低; 分层度随着粉煤灰掺量的增大线性降低; 凝结时间随着粉煤灰掺量增大呈现指数增大; 坍落度总体上随粉煤灰掺量的升高而增大,但大掺量会使其出现相对降低。分析认为,适量粉煤灰的掺入,使风积砂质高浓度胶凝充填材料的颗粒粒度、水分分布和水泥分散均匀,而使材料的强度和输送性能适度改变,但掺量过大会稀释胶结料和改变颗粒相对级配而导致性能下降。     

福州淤泥质土动力特性室内试验研究

沿海高速公路、铁路和地铁的迅速发展,使得长期循环荷载作用下的软基变形问题日渐突出。借助GDS动三轴仪,对福州淤泥质土进行动三轴试验。研究了不同围压下淤泥质土在循环荷载作用下的动应变、动强度、动剪切模量和阻尼比特性,重点分析了固结围压和动应力幅值对淤泥质土动强度的影响,由此建立了围压、振次与土体动强度的经验关系,该关系可用以估算不同深度土体在循环荷载作用下的动强度。试验结果表明:福州淤泥质土的动强度随着围压增加而增加,随着振次的增加而减小,且强度很低,动黏聚力的大小为0.3~4.0kPa,动内摩擦角的大小为7°~10°。此外,给出了淤泥质土在大应变条件下的动剪切模量和阻尼比。研究结果对进一步认识该地区淤泥质土的动力特性以及对实际工程设计中合理选择土的动强度参数具有理论及实际意义。     

断层面摩擦强度对工作面开采影响数值模拟分析

断层面摩擦强度是评价煤炭开采中应力扰动诱发断层滑动危险性的依据。依托晋城矿区成庄井田,采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了断层面摩擦强度对深部地应力的约束机制,研究了成庄井田F13断层及其在不同摩擦强度条件下对回采工作面顶板稳定性、超前支承压力分布和断层滑动的影响规律。研究结果表明:地壳深部最大与最小主应力比值受断层面摩擦强度的限制,当其达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;断层破碎带的存在导致初始应力场扰动,形成断层带低应力区及高应力集中区,在回采过程中将直接影响煤层顶板移动变形和采动应力分布;断层面摩擦强度较小时,工作面开采至断层附近顶板下沉量及断层上下盘错动位移较大,支承压力峰值由大变小明显,断层面上剪应力与正应力的比值易达到断层面的摩擦系数,断层滑动的危险性较大。      

新疆早-中侏罗世聚煤期同沉积构造及其控煤效应

新疆早-中侏罗世同沉积（期）构造活动自始至终与聚煤作用相伴,并直接影响含煤地层发育程度和煤层的原生厚度及结构。该期同沉积构造活动受特提斯-喜马拉雅地球动力学体系控制,其主要活动方式表现为同沉积逆冲断层和同沉积正断层,从而造成聚煤盆地基底沉降速度与幅度的明显差异。在其控制下,聚煤盆地的沉积中心和赋煤中心有自西向东、由南向北迁移的趋势;从含煤区尺度进行比较,聚煤强度与盆地基底总体沉降幅度呈负相关关系;从含煤盆地或煤田尺度进行比较,聚煤强度与盆地基底沉降速度之间的关系分别表现为正相关型、抛物线型及负相关型。      

塔里木盆地麦盖提斜坡奥陶纪地层划分对比及意义

以碳同位素值的波动变化与沉积环境、海平面升降及地层界面突变等地质事件相对应为理论依据,开展碳同位素地层研究,建立了各组值域划分标准,解决碳酸盐岩地层缺乏标准生物化石情况下,地层归属难确定的问题。指出奥陶系自下而上碳同位素曲线呈现稳定-上升-正漂移的过程。其中,下统蓬莱坝组—鹰山组δ~(13)C值范围为(-4.2~-0.2)×10~(-3),始终为负值;中统一间房组δ~(13)C值范围为(-0.4~0.6)×10~(-3),以分布在零值附近为特征;上统恰尔巴克组—良里塔格组δ~(13)C值范围(0.7~3.1)×10~(-3),均为正值。在此基础上,开展了巴楚典型露头剖面与麦盖提斜坡井下奥陶系碳同位素地层与岩石地层对比研究,提出麦盖提斜坡中部及东部断洼区发育上奥陶统,除东部断裂带外,普遍残存下奥陶统顶部泥晶灰岩段。     

沁水盆地中—南部煤系及其上覆地层游离天然气成藏的地质控制

煤系气及其上覆地层各类天然气的共生、共探及共采,是充分利用天然气资源,提高煤系气开发经济性的重要途径。沁水盆地中—南部连续沉积的上石炭统—下三叠统构成了有利的油气生储盖组合系统,煤层有机质热演化程度高,生气和排烃强度大,气源充足,煤系气显示强烈,成藏前景可观。燕山运动中期构造-热事件导致石炭、二叠纪煤层发生强烈的二次生烃和排烃作用,为煤系及其上覆地层泥页岩和致密砂岩储层提供丰富的气源。煤层中天然气以扩散、盖层突破、渗流等方式排烃,累计排烃强度最大的地带沿复向斜轴部分布;排烃作用较活跃和中等活跃地带分布于复向斜轴部的中段和北段,天然气逸散程度相对较低,有利于游离气的富集。总体来看,研究区发育下生(太原组和山西组煤系)、下—中储(太原组—下石盒子组)、上盖(上二叠统—三叠系)的游离气系统,具有构造、岩性、水力等多种圈闭形式,游离气成藏受控于燕山运动中期的构造分异和异常热事件以及新生代以来盆地持续回返两个关键地质时期。     

层状边坡滑动边界强度参数取值方法研究

滑坡滑带土强度参数取值的准确性,决定了滑坡稳定性计算的可靠程度。因此获得准确、可靠的滑动边界强度参数至关重要。然而在实际情况中,由于取样位置试样的代表性,以及试样转运过程中保存条件的限制,现场所取得的滑带土在室内试验得到的强度参数已经不能完全反映真实环境下的抗剪强度。因此考虑软弱夹层、滑带土各种物理和力学指标间存在必然联系,并表现出特定的规律性,尝试通过试验,揭示指标间的关联规律,并建立了相关性好的关系式,据此评价滑动边界的抗剪强度参数。     

黄河三角洲滨海湿地演化过程中的碳埋藏效率及其控制因素

2007年在黄河三角洲布设了一口浅钻ZK4,孔深28.3 m,对获取的岩心样品进行了详细的沉积学观测及含水量、有机碳、总碳和营养成分的实验室分析测试。通过ZK4孔的地层分析,将其划分为7种沉积环境,揭示了滨海湿地地质演化过程。并利用AMS14C测年方法,结合黄河改道的历史记录,运用历史地理学和沉积地质学综合分析的方法对黄河三角洲沉积环境进行了年代划分,并计算了黄河三角洲不同沉积环境沉积物的沉积速率和碳的加积速率。结果表明:总碳和有机碳与除硫和磷元素以外的各营养成分都呈良好的线性相关;碳、氮、磷的加积速率与沉积物的沉积速率呈极显著正相关关系(R0.89,p0.01),沉积物的沉积速率是碳、氮、磷的加积速率的主控因素;虽然现代黄河三角洲沉积物有机碳浓度较低(1%),但由于沉积物的高沉积速率,现代黄河三角洲沉积物有机碳的平均加积速率达到2878.23 g/(m2·a),远高于世界其他高有机碳浓度的湿地,因此是很好的碳汇地质体。