煤层高压注水渗透特性试验研究

为了研究不同孔隙水压对煤岩渗透特性的影响规律,利用MTS电液伺服岩石试验系统对深部矿井的煤岩试件进行了不同孔隙水压、尤其是高孔隙水压下的煤岩渗透特性试验。结果表明:渗透率以及体积应变曲线具有较好的一致性,均呈现U字形走势;而在外界条件一定的情况下,孔隙水压对渗透性能以及体积应变的作用效果与该煤岩孔隙水压临界阈值有关,高于临界阈值的孔隙水压对煤岩渗透性能起到数倍于低孔隙水压时的改善作用。此外,孔隙水压对煤岩强度极限亦有重要影响,且孔隙水压愈高,煤岩的破坏强度极限愈低,扩容效果愈明显,渗透率峰值亦愈加后延。研究结果对利用高孔隙水压改善煤岩渗透性能、提高煤层注水防灾效果具一定指导意义。     

基于应变能密度的非均质岩石损伤本构模型研究

基于岩石细观单元弹性模量近似服从Weibull分布的假设,结合应变能密度理论,建立岩石损伤本构模型,借助声发射事件能量信号和岩石纵波波速提出岩石均质度系数m和弹性模量折减系数K_0确定方法,并对参数进行修正。利用建立的损伤本构模型进行单轴加载模拟,将模拟结果曲线与已有模型理论曲线以及单轴加载实验曲线进行对比,该模型能很好地描述试件应力、应变关系与声发射情况。在此基础上,利用该模型进行石膏试件反复加载模拟,分析其应力–应变及声发射特征,并与室内实验结果进行对比分析。研究结果表明:试件均质度越高,脆性破坏特征越明显;借助声发射信号和岩石纵波波速确定的均质度m以及弹性模量折减系数K_0的计算结果与试验结果吻合。基于应变能密度的岩石损伤本构模型的构建为综合考虑岩石的均质度及反复加载过程对岩石试件影响提供了新的理论依据。     

深井高地压软岩巷道“锚网索喷”联合支护技术实践

软岩巷道支护一直是影响煤矿安全开采的重要技术问题,特别是在深井高地压软岩巷道中,矿压显现更为明显,支护也更为困难。皖北煤电集团祁东矿采用"锚网索喷"联合支护技术,确定出合理的支护工艺及支护参数,并对巷道表面位移量进行了监测,有效地控制了深井高地压软岩巷道的变形破坏,取得了较好的支护效果。     

采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控...     

单轴应力下岩石的热-粘弹塑性模型研究

在工程实际中,岩石可以看作是一种粘弹塑性材料.在单轴应力状态下,考虑温度的影响,用弹性元件、粘性元件和塑性元件的组合来模拟岩石复杂的流变行为,建立了岩石的热-粘弹塑性模型.推导了岩石的热-粘弹塑性本构方程,进而讨论了该模型的蠕变行为、松弛行为以及卸载方程等,并对其变化规律进行了讨论.     

软岩回采巷道底臌破坏机制与支护技术

软岩巷道底臌治理一直是软岩支护中重点攻关的难题之一,作为受采动压力影响的软岩回采巷道来说,巷道的底臌问题尤为突出。针对山东能源临矿集团上海庙矿区软岩大变形技术难题,首先从巷道底臌变形的力学机制入手,根据巷道围岩本构关系及应力作用模式,在结合朗肯压力理论的基础上建立了剪切错动型巷道底臌力学模型,导出了巷道底臌力源P_0的计算方程。计算分析知,当底臌压力P_0大于底板岩体的强度极限时,巷道底板岩体将发生剪切和扩容变形挤入巷道空间,随时间效应的加大最终导致巷道底臌;其次,结合建立的底臌力学模型,提出了一种与剪切错动型巷道底臌力学机理相适应的新型反底拱底臌控制技术,对反底拱伸出段、底板预应力锚杆和反底拱主体段3部分在底臌控制过程中的作用进行理论分析,揭示了其"控底-助帮"的底臌控制机理,并综合数值计算和正交实验的方法对新型反底拱结构的3个主要参数进行试验优化,模拟显示影响巷道底臌量指标的主要因素为底板超挖深度和反底拱伸出段长度,影响巷道两帮移近量指标的主要因素为反底拱伸出段长度;最后,通过对榆树井矿13803工作面回风巷原始支护条件下底板压力的验算,确定了底板围岩压力与矿井水的耦合作用是造成该巷道底臌的主要原因,并根据优化后的底板治理方案在榆树井煤矿13803工作面回风巷返修段进行工业性试验。工程实践表明,该项新技术控制软岩回采巷道底臌及两帮变形效果较好,有效保证了工作面回采期间巷道的稳定性。     

基于应力梯度理论的锚杆合理预紧力

巷道围岩的稳定性不仅与岩体强度有关,还与围岩应力场梯度密切相关。为研究锚杆在巷道围岩支护中合理支护强度的确定方法,在特定的地质条件中提出合理的预紧力,以连续损伤力学模型为基础并引入材料力学领域中的应力梯度理论,推导出了考虑围岩塑性区与弹性区交界面处的平衡方程和边界条件,建立了基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则以及Hoek-Brown准则下的围岩应力梯度求解模型;以Mohr-Coulomb准则为例,借助FLAC3D对比出模拟结果与理论计算值吻合度为93%且变化趋势一致,验证了提出的应力梯度求解方式适用性,发现随着锚杆预紧力的增加,巷道围岩的塑性区应力梯度相应增加,弹性区应力梯度不断减小,岩体劣化程度减弱。提出应力补偿系数,模拟计算出不同锚杆预紧力下巷道围岩应力梯度分布规律和支护效果,发现预紧力的变化与巷道围岩的锚固效果呈正相关趋势,塑性区范围随预紧力的增加不断减小,围岩稳定性随应力梯度的增加不断提高,并据此得出了锚杆预紧力与围岩应力梯度的对应补偿关系并提出最优补偿比。在现场实践中对巷道变形控制效果提高40%以上,并且应力梯度补偿系数高于0.65,高于该矿围岩变形安全控制要求,为确定锚杆合理支护强度提供了一种研究思路。     

岩石单节理面剪切与渗流特性的试验研究 与数值分析

 基于几组具有自然岩石节理表面特征的试件在高性能直接剪切–渗流装置上进行不同荷载边界条件下的剪切–渗流试验。利用新开发的渗流可视化系统对其中一组试验进行可视化研究。考虑节理面上的接触领域的非透水性,用有限元法对节理中的渗流进行数值模拟。试验和数值模拟的结果揭示了节理剪切过程中接触领域中透水系数及流路的一些变化规律,以及节理表面粗糙度对剪胀效应和流路分布特征的重要影响。     

鹿儿岛陡倾边坡地区地下水tank模型 构模及应用

 季节性的降雨及其所引起的地下水状态变化是促使日本鹿儿岛竜ヶ水地区崩塌、泥石流和滑坡等灾害发生的重要诱发原因。研究地区年降水量达2 000 mm左右,地下水的影响造成多次崩塌和泥石流的发生,对周围公路和铁路造成极大的危害。鉴于该地区灾害发生与其地质和地下水活动有着紧密的联系,根据多年的降水及钻孔水位的观测资料,建立该地区地下水位模拟的tank模型,并对模型参数进行求解和应用对比分析,为监测预警提供了有力的数据支持。     

致力于中日岩土工程领域的学术交流--中国岩石力学与工程学会日本分会简介

近年来,留日从事岩土力学与环境岩土工程学习、研究的中国学者日益增多。他们迫切希望结成团体,以加强在日学者之间、在日学者与国内同行之间的学术交流,促进学科及个人学术水平的提高,支援祖国岩土工程建设。在这样的背景下,由于蒋宇静博士和韩世雄博士等人积极筹备并得到中国驻日大使馆及中国岩石力学与工程学会的支持,中国岩石力学与工程学会日本分会于1996年2月在东京正式成立。分会特别邀请名古屋大学名誉教授川本眺万先生担任顾问。分会的成立还得到了日本土木学会岩土力学专业委员会等的祝贺,两会之间一直保持良好的学术交流关系。据不完全统计,目前在日本各大学、研究机构和设计咨询等单位从事岩土力学与环境岩土工程方面研究与技术开发的留日人员已越百位。日本分会有骨干会员近30人,从事的工作涵盖从理论研究到工程应用的诸多领域。