弱胶结砂质泥岩渐进性破坏力学特性试验研究

为深入揭示弱胶结砂质泥岩渐进性破坏力学特性,对干燥与自然状态砂质泥岩试样进行渐进性破坏单轴压缩试验研究。结果表明:与硬脆性岩石相比,该类岩石裂纹密度低,自稳能力差,峰前岩石体积膨胀变形过程延长,峰后变形破坏呈现局部阶段性塑性流动特征和延时效应,渐进性变形破坏过程持续时间显著缩短;岩石弱胶结特性表现为:1峰前重要应力门槛值与峰后残余应力明显劣化;2岩石刚度与抗变形能力弱化显著;3岩石宏观破坏特征是环向剪切破坏面、张性破坏面、剪切滑移面共同作用的结果,与裂纹渐进性演化特征、层理密集程度及强度相关;4干燥状态岩样力学特性与硬脆性岩石近似相同,含水状态岩样峰前重要应力门槛值、弹性模量、峰后残余应力具有不同程度劣化,侧向膨胀变形程度提高。巷道围岩治理应加强初次支护强度并及时补强,控制围岩张拉破坏与剪切破坏,提高围岩刚度和抗变形能力。     

非饱和压实黄土的本构关系研究

根据非饱和土力学原理分析了非饱和土的变形机理，从理论和试验两个方面对建立非饱和士的非线性本构关系做了初步探讨。     

构造作用下弱胶结泥岩巷道稳定性研究

针对构造岩作用下弱胶结泥岩巷道变形大、难控制等特点,以内蒙古西一五间房煤矿为研究背景,根据弱胶结泥的实际埋深(300 m),用侧压系数表示构造应力状态,建立了5组不同构造应力作用下的巷道开挖数值模型,分析了不同地质构造作用下弱胶结围岩巷道变形和塑性区演化规律。研究结果表明:当侧压系数小于1时,围岩塑性区主要发生在巷道两帮,呈蝶形分布,最大变形发生在顶底板;当侧压系数增加到1后,围岩塑性区近似呈圆形分布,随侧压系数继续增加,围岩塑性区主要发生在顶底板上,呈漏斗型分布,最大变形向巷道两帮转移。     

不同围压条件下榆横矿区砂岩力学特性和本构关系

对取自榆横矿区小纪汗煤矿煤层顶板砂岩开展细观结构研究,表明该砂岩石为弱胶结砂岩。采用TAW-2000岩石压力机对弱胶结砂岩进行了不同围压下三轴压缩实验,结果表明该类砂岩在初始受压阶段表现出明显压密现象,且随围压增大压密段长度减小,当进入塑性阶段,随着围压增大,其由弹性向塑性转变的趋势更加明显。利用双应变胡克模型(Two-parts Hook’s Model,TPHM)和统计损伤模型分别对屈服点前和屈服点后的受压变化情况进行了描述与分析,发现模型曲线与实验曲线吻合较好。表明TPHM模型能够准确表达岩石损伤前的非线性弹性变形及弹性变形过程;统计损伤模型则对岩石的损伤后变形进行较好表征。     

充填体侧限压缩变形及本构关系的研究

为了深入研究深部高应力下充填体受压变形的力学行为,选取浓度为70%,灰砂比1∶10,养护龄期分别为14d、28d、56d的分级尾砂胶结充填体开展不同应力加载级别下的侧限固结实验,结果表明:其轴向压缩量随着应力加载级别的提高逐步增大,与轴向应力呈现对数函数关系;其轴向应变与应力之间呈现二次函数关系。     

弱胶结软岩地层中煤巷支护技术研究

查干淖尔一号矿井的主要巷道设在2号煤层中,为中生代白垩纪地层,成岩年代较晚,岩层胶结性较差,煤层顶、底板主要以泥岩、砂质泥岩为主,为典型的弱胶结软弱围岩巷道。针对该类软岩的特点,确定"一次高强、均匀让压,先柔后刚、柔让适度;二次强刚、阻抗防水,强化围岩、整体稳定"的支护理念,在全煤巷道采用锚索+U36浅底拱型钢棚+锚注+底板抗阻锚索束加固方案,取得了良好的支护效果。     

崩落矿岩散体本构关系研究

针对崩落矿岩散体的结构特征,从影响崩落矿岩散体物理力学性质的组构特征出发,利用统计理论、散体力学理论对崩落矿岩散体的物理力学性质进行研究.从崩落矿岩散体的微观结构出发,建立了崩落矿岩散体的刚性接触模型,将颗粒间的接触力同局部应力联系起来,建立了崩落矿岩散体的局部本构模型.以崩落矿岩散体局部本构关系为基础,建立了崩落矿岩散体的二维、三维本构模型,揭示了放矿过程中崩落矿岩散体的强度与流动本质.     

全尾砂胶结充填体弹塑性本构模型实验研究

针对4种灰砂比、5种料浆浓度的全尾砂胶结充填体进行了单轴压缩实验,得出了其在单轴压缩条 件下的物理力学特性。根据充填体单轴抗压强度分别选取灰砂比1∶6、1∶8,料浆浓度65%、70%的充填试块进行了4组不同围压下的三轴压缩实验,得到了 充填体全应力-应变曲线及其物理力学参数。根据实验结果建立了充填体线弹-弹塑-塑性软化-理 想塑性的本构模型,将充填体峰后应变软化阶段分为2种情况：在围压较小时,表现出明显应变 软化,应力脆性跌落;在围压较高时,应变软化不明显,峰后直接进入塑性流动状态,残余强度 与峰值强度差值减小。研究结果为充填体强度设计提供了理论依据。     

侏罗系弱胶结砂岩孔隙介质特征及其保水采煤意义

我国新疆哈密矿区降雨量少、蒸发强烈,属于严重干旱地区,研究区高强度的煤炭资源开采对主要储水含水层的保护极为重要。由于特殊的成岩环境及地下水赋存运移条件,侏罗系弱胶结砂岩为复杂的非常规含水岩系,给研究区煤矿防治水带来了诸多水文地质问题。本文以新疆哈密矿区侏罗系弱胶结砂岩为研究对象,通过渗流实验、实验室测试、理论分析研究弱胶结砂岩微观孔隙结构演变规律。研究表明,弱胶结砂岩属高孔隙度岩石,具有大孔孔喉及中孔孔喉分布频率高的结构特征和强富水性,渗流实验过程中有大量乳白色悬浮物渗出。水相渗流作用下的弱胶结砂岩样出现渗透性突变增大的现象,其孔隙度有明显增大的趋势。通过水质分析及岩矿鉴定分析手段得出可溶盐溶出对渗流实验前后的孔隙度增加贡献率为45.80%～82.28%,悬浮物渗出量计算对孔隙度增大贡献率为14.78%～54.20%,可溶盐及高岭石的溶(渗)出是砂岩渗透性增强的主要因素。鉴于此,提出了有关孔隙结构储水空间变异性以及渗透突变性的保水采煤理念,弱胶结砂岩含水层水体下保水采煤应当遵循"保护性开采、避免大规模扰动"的思路。研究成果对西部地区弱胶结砂岩含水层的开发利用与保护有重要意义,同时可为西部地区受侏罗系弱胶结砂岩水害影响的矿井保水采煤技术的研究提供借鉴。     

考虑空隙非线性变形的胶结充填体损伤软化本构模型研究

充填采矿法在两步骤回采方式中广泛应用，胶结充填体作为人工矿柱，其稳定性至关重要；而胶结充填体力学特性及本构模型是进行稳定性分析与评价的重要内容，因此，亟需开展胶结充填体力学特性及本构模型研究。通过对不同灰砂比的胶结充填体进行单轴压缩试验，试验结果表明：在初始压密阶段因空隙存在而表现出非线性变形特征；在塑性屈服阶段及破坏后阶段刚度和强度均表现出软化特性；破坏后阶段存在较强的承载特性。针对试验结果，采用宏观和细观相结合的方法，将胶结充填体抽象成空隙和细观单元2部分，并引入胶结充填体有效损伤因子，结合统计损伤理论，分别构建空隙本构方程和细观单元损伤软化本构方程，进而得到胶结充填体损伤软化本构模型。最后将本研究理论模型曲线与试验曲线、现有理论基于试验数据和其他学者试验数据得到的曲线进行对比分析，分析结果表明本研究得到的理论曲线与试验曲线有较高的匹配度，各阶段曲线拟合相关系数都达到95%以上，更好地表征了胶结充填体空隙非线性变形特征及软化特性。研究结果可为胶结充填体稳定性分析提供理论依据。     

考虑空隙非线性变形的胶结充填体损伤软化本构模型研究

充填采矿法在两步骤回采方式中广泛应用，胶结充填体作为人工矿柱，其稳定性至关重要；而胶结充填体力学特性及本构模型是进行稳定性分析与评价的重要内容，因此，亟需开展胶结充填体力学特性及本构模型研究。通过对不同灰砂比的胶结充填体进行单轴压缩试验，试验结果表明：在初始压密阶段因空隙存在而表现出非线性变形特征；在塑性屈服阶段及破坏后阶段刚度和强度均表现出软化特性；破坏后阶段存在较强的承载特性。针对试验结果，采用宏观和细观相结合的方法，将胶结充填体抽象成空隙和细观单元2部分，并引入胶结充填体有效损伤因子，结合统计损伤理论，分别构建空隙本构方程和细观单元损伤软化本构方程，进而得到胶结充填体损伤软化本构模型。最后将本研究理论模型曲线与试验曲线、现有理论基于试验数据和其他学者试验数据得到的曲线进行对比分析，分析结果表明本研究得到的理论曲线与试验曲线有较高的匹配度，各阶段曲线拟合相关系数都达到95%以上，更好地表征了胶结充填体空隙非线性变形特征及软化特性。研究结果可为胶结充填体稳定性分析提供理论依据。     

5083铝合金高温流变本构关系研究

采用动态热模拟技术进行高温压缩变形试验, 分析了5083铝合金的流变行为, 建立了该材料的高温流变应力模型。结果表明: 应变速率和变形温度显著影响5083铝合金流变应力, 流变应力随变形温度升高而降低, 随应变速率提高而增大, 在高应变速率下出现明显的动态软化。     

等效弹塑性岩体本构关系数值计算与试验分析

在工程范围内,复合岩体可视为各向同性的均质岩石单元,从而可运用等效本构论理和弹塑性理论导出复合岩体等效弹塑性本构关系的计算方程。将本构方程计算结果与单轴抗压强度试验进行对比,表明二者是较为吻合的,因而验证了所导出的本构关系的合理性和有效性。     

弱胶结软岩巷道支护实践与合理支护形式探讨

基于弱胶结软岩巷道变形破坏现状,简述了内蒙古鲁新矿井+570 m轨道石门支护实践,总结了弱胶结软岩巷道合理的支护形式和支护原则,对于类似条件下的矿井建设具有指导意义。     

地层含水率对弱胶结软岩巷道围岩稳定性影响

针对弱胶结软岩的力学性能受含水率影响大,以及在弱胶结地层中开挖巷道后围岩变形大的特点,以内蒙古五间房西一矿为工程背景,基于弱胶结软岩的室内力学试验、XRD矿物衍射分析和液塑限联合测定结果,建立五组不同含水率地层的数值仿真模型,分析弱胶结地层含水率分别为2%、5%、10%、15%和18%时开挖巷道后的围岩稳定性。研究结果表明：当地层含水率较低(≤5%)时,围岩塑性厚度和塑性区体积几乎没有变化,随着地层含水率的增加,围岩塑性厚度和塑性区体积近似呈线性增加;弱胶结地层中巷道围岩的最大变形发生在顶底板,往巷道两帮走,变形逐渐降低,围岩变形随着地层含水率的增加近似呈线性递增,但围岩的主要变形区间受地层含水率的影响不明显。     

一种新的节理弹塑性本构模型

根据经黄的塑性理论建立了反映剪胀特性的单裂隙非线弹塑性本构关系,服从非关联塑性流动法则,该模型对分析应力对岩体渗透性的影响很有意义,算例表明文中的方法是可信的。     

弱胶结砂岩破坏规律及其声发射特性试验研究

为探究煤矿巷道软弱围岩的变形规律,以彬长矿区某矿为研究对象,研究其顶板弱胶结砂岩在饱水状态下的三轴-声发射特性,分析其塑性变形破坏规律和不同应力阶段声发射特征,得到饱水弱胶结砂岩破坏过程中声发射演化规律。分析结果可为预测弱胶结砂岩变形破坏趋势提供理论依据,为控制同类砂岩顶板变形提供可行性方法。