渗流影响下岩石损伤和渐进破裂演化过程的数值试验研究

在FLAC-3D软件平台上,开发出岩石破裂过程的渗流-损伤耦合分析程序,对渗流-损伤耦合作用下岩石的裂纹萌生、扩展过程进行模拟研究。分析了在孔隙水压力作用下,含原生裂隙和弱化单元的非均质试件在单轴、三轴加载下的破坏过程,并与非渗流条件下试件在单轴、三轴压缩下的破坏过程相对比,通过动态显示损伤状态、渗流场,并分析应力应变关系、位移图等,对渗流影响下裂隙岩体的损伤和渐进破裂过程进行了研究。     

膨胀土裂隙图像处理及特征提取方法的改进

裂隙特征作为膨胀土裂隙研究的基础,其定量化描述有助于进一步研究裂隙对膨胀土工程性质的影响。以膨胀土平面裂隙为研究对象,使用数码摄影获取膨胀土裂隙图像,通过优化和改进裂隙图像处理方法及裂隙特征提取方法,获得膨胀土裂隙的各特征参数。对于裂隙图像处理方法,采用改进的局部阈值二值化方法,相比大津法能更好地将裂隙和背景区分开来,而通过标记连通区域的方法有效去除了裂隙二值图像中全局分布的细小杂点,同时,利用闭运算填充了裂隙图像中细小的孔洞和缺口,上述处理方法使裂隙二值图像更清晰可靠。对于裂隙特征提取方法,基于对裂隙端点和交点的快捷识别能力,选择了查找表方法作为裂隙条数统计的基础;改进了端点识别算法以去除毛刺,提高了裂隙长度统计的精度;采用改进的最小外接矩形算法进行裂隙宽度的统计,提高了计算精度,节省了计算时间;尝试采用玫瑰花图进行裂隙方向统计,更直观明了地分析裂隙方向及条数的变化规律。     

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。     

裂隙面对强膨胀土抗剪强度影响分析

膨胀土作为一种特殊性土,其抗剪强度取值不同于一般的黏性土。实践证明,在进行膨胀土边坡设计时,不仅要考虑土体的土块强度,而且也要考虑裂隙面强度,其抗剪强度在很大程度上受其裂隙面规模与产状的影响,尤其是对裂隙极发育的强膨胀土而言。为了更加真实地模拟强膨胀土在裂隙面控制下的剪切破坏,特在南水北调中线工程南阳段强膨胀土地段进行大剪试验,通过拟合试验数据,对强膨胀土抗剪强度影响因素进行分析。结果表明,裂隙面的发育程度、倾角、裂面的起伏程度都对强膨胀土的抗剪强度有着很大的影响。     

上覆硬厚岩层破断运动及断顶控制

硬厚覆岩的破断与结构将发生显著的变化。针对汝箕沟煤矿二2煤层上覆厚层石英砂岩条件,采用现场实测、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,研究了硬厚覆岩裂隙发育特征、破断运动、矿压显现特征及断顶控制技术,为硬厚覆岩工作面灾害防治提供了依据。研究表明,硬厚石英砂岩的微观结构致密完整,呈现大面积悬空、大步距破断运动,引起强烈的支架动载,甚至导致工作面风流逆转、沟通上部采空区隐形火区;硬厚岩层破断运移后产生明显的离层空间,并在开切眼上部和工作面上部及采空区中部形成覆岩主裂隙带,且发育高度大于经验计算数值,甚至与上方采空区沟通诱发灾害;实施开切眼深孔断顶爆破及降低工作面采高,有效缩短了硬厚岩层的初次破断步距,降低了支架动载及主裂隙带高度。     

含交叉裂隙节理岩体单轴压缩破坏机制研究

对含交叉裂隙相似材料试件进行单轴压缩试验,用Abaqus对含交叉裂隙节理岩体进行应力分析,研究了含交叉裂隙节理岩体单轴压缩下的破坏机制。结果表明：交叉裂隙的主裂隙与加载方向呈30°、45°时,主裂隙是裂隙扩展及破坏的控制裂隙,此时含交叉裂隙岩体强度高于含单向裂隙岩体,是由于主裂隙裂尖最大环向应力σθmax低于单向裂隙;主裂隙与加载方向呈0°或90°时,次裂隙是控制裂隙;主裂隙与加载方向呈0°时,大部分次裂隙裂尖σθmax及裂尖最大应力强度因子KⅡmax高于单向裂隙,因此,此时大部分含交叉裂隙岩体强度低于含单向裂隙岩体;在主裂隙与加载方向呈90°工况组中,主、次裂隙夹角为45°时,次裂隙裂尖KⅡmax最大,所以此工况组中此时强度最低。     

单一裂隙优势渗流对黏土层防渗性能的影响分析

垃圾填埋体不均匀沉降等容易引起压实黏土防渗层开裂,显著降低其防渗性能。将裂隙作为高渗透性的多孔介质材料,建立了含单一裂隙压实黏土层的饱和/非饱和渗流模型,数值研究了含裂隙黏土层中的优势渗流过程,对比分析了裂隙位置、深度、宽度和渗透系数对压实黏土层水分击穿时间和稳定渗漏量的影响。结果表明,含裂隙压实黏土层的渗流过程可分为3个阶段：初始阶段、击穿阶段和稳定阶段;底部裂隙对压实黏土层防渗性能的影响较小,而顶部裂隙和贯通裂隙的影响较大;水分击穿时间随裂隙深度增大而迅速缩短,为保证黏土层防渗性能,宜将裂隙深度控制在0.1倍土层厚度以内;水分击穿时间和稳定渗漏量随裂隙宽度、渗透系数的增大而分别缩短和增加,且当其达到一定值后逐渐趋于稳定;裂隙贯通后将显著降低压实黏土层的防渗性能,其稳定渗漏量随裂隙宽度和渗透系数的增大而呈线性增长。     

S波偏振方法在确定汶川8.0级地震震源深度中的应用

当横波进入由微裂隙和微孔这些比波长小的非均匀物质组成的岩石中,分裂成两个以不同方向偏振的组成部分.这两列波的偏振与裂隙面成平行和垂直方向,并以不同的速度传播.由于速度的不同,使这两列偏震波在裂隙介质的传播中产生“分裂”,横波分裂,使得横波波形产生一种新特征,即它离开裂隙区后仍然保持其偏振方向不变.地下几千米处,裂隙有垂直的也有不垂直的.     

“双端封堵侧漏技术”在探测大采深工作面煤层底板裂隙中的应用

我国浅部煤层的储量在近几年内大量减少,为满足工业生产,人民生活的需要,开采深部煤层成为势在必行的发展趋势,但是,深部采区条件较为复杂,尤其是在华北石炭-二叠型煤田内,底板奥灰水,溶岩水一直都限制着煤层的开采,底板突水占整个煤矿事故中90%以上的比例。大采深工作面受底板承压水的威胁较大,采动造成的裂隙一旦与导升带相连通,形成一导水通道,则会造成底板突水。双端封堵侧漏技术通过将整个钻孔细分为若干单位段,通过测试每一单位段前后两次漏水的差异,从而确定受回采影响下底板的裂隙发育情况和最大发育深度。     

山东陶枣煤田矿业开发对裂隙岩溶水的污染机理及防治对策

陶枣煤田周边分布有丰富的裂隙岩溶水资源,且易于开采,为区内城市生活的主要供水水源。长期以来,受煤炭资源开采影响,岩溶地下水受到了不同程度的污染,供水水质难以保证。本文在对裂隙岩溶地下水水质进行污染评价的基础上,根据污染时空分布特征以及地质、构造条件,分析了区内岩溶地下水的污染机理,并提出了可行的防治措施。