岩石冲击破坏室内试验方法研究现状及展望

针对冲击地压发生机理与前兆信息试验研究问题,从应变型冲击试验、动载型冲击试验、岩石变形信息监测技术3个方面归纳模拟研究冲击地压的主要试验方法。综述应变型冲击试验的主要原理与方法,如模拟巷道开挖的真三轴卸荷试验、考虑围岩能量补给的柔性加载试验及围岩结构特征的煤岩组合体试验;总结动载型冲击试验的主流试验方法,如多波形扰动破坏试验、多维静载-霍普金森冲击试验等;阐述岩石变形破坏过程中声发射、表面应变场与温度场、内部裂隙场与应力场的监测技术手段。指出围岩结构体冲击模拟试验方法、岩石破坏后多信息监测技术等方面的发展方向,期望对岩石冲击破坏室内试验方法改进与创新提供指导。     

锚杆界面力学试验及剪应力传递规律细观模拟分析

锚杆界面的应力分布及传递规律的分析对巷道围岩锚固机理的研究至关重要.通过全长锚固砂浆锚杆的室内拉拔试验,测试了锚杆杆体与砂浆黏结界面之间的轴向剪应力分布规律.从细观力学角度入手,采用PFC颗粒流软件对锚杆界面力学试验进行了数值仿真模拟.结果表明,锚杆界面剪应力在轴向方向上分布不均匀,呈先增后减的形式传递,最大值位置距离...     

尺寸效应对煤层冲击倾向性测试结果的影响

为研究岩石尺寸效应对冲击倾向性测试结果的影响,进行了高径比相同,直径区间为25~75mm的细砂岩试件的单轴抗压强度试验和颗粒流模拟分析。试验结果表明:小尺寸试件抗压强度较低,声发射产生时间较早、数量较多,峰前积聚能量较小;峰后为塑性失稳、劈裂破坏,能量释放速度较慢,冲击能量指数较小,冲击倾向性较弱;大尺寸试件抗压强度较高,声发射事件数量较少,并且主要集中在极限载荷附近,峰前积聚能量较大,峰后为脆性失稳、剪切破坏,能量迅速释放,冲击能量指数较大,有较强的冲击倾向性;得到了不同尺寸试件的冲击能量指数修正系数,减小了尺寸效应对冲击倾向性测试结果的影响。     

锚固体应力分布演化规律及其影响因素研究

通过室内试验与细观颗粒流模拟相结合的方法,研究了锚固段应力分布演化规律及其影响因素。锚固体的拉拔破坏过程可以分为3个阶段：黏弹阶段、黏脱阶段和破坏阶段。在黏弹阶段,剪应力呈先增后减的分布形式,峰值点靠近拉拔端孔口处;在黏脱阶段,拉拔端处的界面黏结首先失效,并向内部扩展,在此阶段,剪应力的峰值点随之向锚固段内部移动。锚杆和锚固剂弹性模量影响锚杆轴力和界面剪应力的分布形式,锚杆弹性模量越大,锚固剂弹性模量越小,剪应力在锚固段拉拔端的集中程度越小。     

煤岩破裂过程声发射时-频信号特征与演化机制

掌握声发射信号时-频域特征及其与煤岩力学性质间的本质联系是利用该方法预测、预警煤岩失稳的基础。以具有不同夹矸和原始裂隙煤岩压缩破坏声发射监测试验为基础,引入小波变换方法,结合数字信号分析、岩石力学等相关理论深入分析煤岩破坏过程声发射时-频信号演化规律,构建了裂纹扩展释放弹性能引起应力波的振幅、频率力学表达。结果表明:受所含弱夹矸或裂隙增加影响煤岩强度、弹性模量降低,峰后软化特征明显,声发射存在由低幅振荡向高幅脉冲转化的信号激增点,强度越高,能量信号幅值显著提高、累积总能量越多,波形幅值增加,信号波形两相邻波峰间隔时间增长,夹杂的小幅振荡波越少;db5和sym2小波基函数分别与激增点、峰值点时域波形相似度最高,更适用于煤岩声发射信号研究;试验所用煤岩声发射信号主频带为0～70 kHz,煤岩强度越低信号频率分布越宽泛,随所受应力升高信号频带分布范围逐渐向主频移动。弹性模量和裂纹扩展速率共同确定了应力波振幅的变化范围,裂纹尺寸决定了振幅和频率的变化趋势,裂纹扩展速率是决定应力波频率的关键参量,进而3个参量共同影响声发射信号时-频特征。试验结果建立了裂纹表征参量与声发射信号频率、幅值的定性描述,为提高声发射信号监测准确性提供了理论基础,开展该理论的定量化应用是后续研究工作的重点。     

考虑损伤效应深部锚固巷道蠕变破坏模拟分析

首先通过深部泥岩数字散斑蠕变试验,发现分级加载第Ⅰ阶段泥岩试件表面变形集中现象明显,表明该岩体在较低应力水平开始出现损伤,并随着载荷级别增加,逐渐演化为一条剪切破裂带,直至整个试件发生破坏;然后引入损伤变量Dt,建立考虑损伤效应的加锚岩体非线性BKS蠕变损伤模型,采用FISH函数编制程序实现其在FLAC3D中的开发;最后采用BKS蠕变损伤模型对口孜东矿锚固围岩支护控制进行数值模拟。结果表明:深部岩体的损伤特性增大了蠕变破坏区范围,且在锚固范围外仍出现蠕变破坏,深部围岩内部非连续性破裂现象明显。同时将模拟结果与现场钻孔探测结果进行对比分析,证实了数值模拟研究中考虑损伤效应更能客观地反映深部岩体的蠕变破坏特征,对深部巷道破坏机理研究有指导意义。     

基于Lattice Boltzmann方法的瓦斯渗流模拟研究

为了更好地处理瓦斯渗流中的吸附-解吸问题和复杂边界条件,Lattice Boltzmann方法(LBM)被引入到瓦斯渗流模拟研究中。给出了考虑Klinkenberg效应和吸附-解吸特性的LBM瓦斯渗流方程和建模方法,得到了2种因素对渗流的影响,模拟研究获得了煤体中瓦斯压力在时间上的演化和空间上的分布规律、不同裂隙分布对瓦斯流动的影响,对比分析了抽放压力及抽放孔布置对瓦斯抽放效果的影响等,并初步探索了煤体细观结构图像处理与LBM相结合的瓦斯渗流模拟研究新思路。     

变刚度加载试验系统的研制及其在煤岩破坏力学行为测试中的应用EI北大核心CSCD

矿山煤层与顶底板岩层具有不同的组合赋存形式,考虑围岩结构刚度差异性的煤岩力学行为试验研究可为揭示冲击地压机制提供一种新的探索方式。介绍了自主研发的一套变刚度加载岩石力学试验系统,该试验系统的主体试验机为内外框架组合式结构,利用加载刚度伺服调控系统控制内框架能量储存,实现加载刚度调控的目的。利用该试验系统进行了3种加载刚度下砂岩试件的力学行为测试,研究表明:加载刚度对砂岩试件单轴抗压强度和弹性模量基本无影响;随着加载刚度的减小,砂岩应力-应变峰后曲线由台阶状变为光滑斜线型,峰后应力降速度增大,且与加载刚度呈幂函数关系;试件破坏时试验机框架发生多次瞬时高速回弹行为,瞬时回弹速度极值及时长占比随加载刚度的减小而增大,回弹速度均值、总回弹量与加载刚度呈幂函数关系;加载刚度对试件峰后破裂耗散能影响较小,与试验机应变能释放量呈幂函数关系。所研发的变刚度加载试验系统为不同刚度组合下煤岩力学行为测试提供了新的试验装备。