裂隙几何特征对岩石强度影响模拟实验研究

为探究裂隙几何特征(倾角、长度、位置)的综合作用对岩石峰值强度的影响,对含单裂隙岩石进行单轴压缩的数值模拟实验,分析裂隙倾角、长度、位置对岩石强度特性和破裂特征的影响,同时基于多元逐步回归分析,将三者对岩石峰值强度的影响性进行评价。结果表明:倾角对新生裂纹的起裂位置与起裂时间作用明显,长度与岩石的完整性与稳定程度具有相关性,位置影响裂纹扩展规模和岩石破坏形态;裂隙倾角、长度与位置对岩石峰值强度的影响程度在不同区间内有所差异,从整体来看,由于位置影响因子较小被作为无关变量剔除,在小于45°区间内,对岩石峰值强度的影响程度大小为长度倾角位置,长度与倾角的影响因子为0.82、0.36,在大于45°区间内,对岩石峰值强度的影响程度大小为倾角长度位置,长度与倾角的影响因子为0.344、0.866,同时,建立的逐步回归模型可以有效评价岩石强度,对岩石初始损伤判定具有一定参考价值。     

单一裂纹几何特征对岩石力学性质影响程度研究

基于岩石工程的宏观破坏多是由岩石内部损伤张开、闭合、扩展和贯通引起的,以裂纹为例为探究其几何特征对岩石力学性质影响程度的大小,设计包含裂纹长度、角度、分布位置3种因素的数值模拟正交实验,通过方差分析对这3种几何特征对岩石峰值应力影响程度进行显著性检验。结果表明:岩石峰值应力随裂纹长度增加而减小,随裂纹角度增加而增大,且裂纹位置对其影响在分布上存在2个区域,在岩石边界区域峰值强度随裂纹位置靠近边界而增大,在岩石内部区域其峰值强度受裂纹位置改变的影响不显著。并通过偏eta平方量化不同几何特征对岩石物理性质影响程度的大小,得出:裂纹长度裂纹倾角裂纹位置。     

吴庄铁矿二步回采深孔爆破参数优化研究

基于嗣后充填采矿法二步回采时,深孔爆破对充填体的损伤问题,以吴庄铁矿实际矿岩力学和爆破参数为基础,建立了基于LS-DYNA的不同孔底抵抗线的扇形深孔爆破模型,并进行了数值模拟,得出以下结论:随着孔底抵抗线的增大,振动速度和有效应力逐渐减小,爆破对充填体的损伤逐渐减小。结合数值模拟得出的结论,采用孔底抵抗线0.5 m的扇形孔爆破参数进行现场爆破试验,利用VS150三维激光扫描探测系统对矿山现场试验进行测量,并对扫描数据进行处理和分析,得出充填体表面较为平整,没有发生垮塌的情况,从而得出优化的扇形孔爆破参数,以指导今后井下爆破施工。     

基于CT扫描的砂岩主次裂纹扩展特征及影响因素研究

为了研究岩石在压应力条件下主次裂纹的萌生及扩展规律,对砂岩在单轴压缩条件下的破裂过程进行CT扫描试验,分析了砂岩中主次裂纹的形貌特征;同时,定量探讨了砂岩在不同变形阶段主裂纹的表面积和体积以及次生裂纹的分形维数,并运用Image pro plus 6.0和Image J软件计算了砂岩在不同高度位置主次裂纹的长度和数量,...     

水对玄武岩破裂过程声发射及红外影响试验研究

为研究水对硬脆性岩石破裂的影响,采用玄武岩进行饱水、自然、干燥处理,开展单轴破坏试验.以美国FlirTherma CAM SC3000红外热像仪以及美国物理声学PCI-2型声发射监测系统为研究监测手段,开展水对玄武岩破坏过程的声发射以及红外影响试验的影响研究.结果表明:水对玄武岩破裂声发射及红外造成了一定的影响.含水率的提高,减少了玄武岩破裂过程中声发射平静期所占的相对时间,其中干燥、自然、饱水状态分别为9.44%、4.04%、3.76%.水的存在可以促进岩石破裂过程中的红外辐射现象.研究成果对于了解玄武岩在不同含水状态下受力灾变的声发射、红外特征具有重要理论意义,也为进行岩石灾变的预测预报奠定了实验基础,进而能为矿山灾害和岩石工程监测、预警提供理论指导与技术基础.     

冻融循环作用下腐蚀黄砂岩失稳破坏预警研究

为研究预制裂隙黄砂岩的力学特性和破坏预警,将含2条贯通性平行裂纹的黄砂岩试样在不同冻融循环次数条件下分别经过化学腐蚀处理后进行双轴压缩试验,并采用数字图像相关技术(DIC)和红外热像技术实时监测岩石试样的变形破坏过程。结果表明：黄砂岩试件的强度随冻融循环次数的增加而降低,碱性溶液对冻融循环造成的劣化起到抑制作用;黄砂岩试件的破坏模式主要由翼型裂纹和剪切裂纹构成,翼型裂纹萌生于预制裂隙端部,剪切裂纹在翼型裂纹沿轴向向两端扩展及贯通过程中出现;结合应变局部化带对应裂纹出现的潜在位置与红外辐射温度的前兆异常,可以对岩石的破坏进行预警。     

无人机不同航线规划方案下露天矿山三维建模对比研究

基于无人机摄影测量技术获取露天矿山三维模型,对于矿山地质环境监测、边坡地质灾害调查及治理 具有重要作用。 针对地形起伏落差较大的露天矿山,以单镜头四旋翼小型无人机为试验设备,采用基于 DSM 建立的 仿地“之”字航线规划方案,并结合传统的定高“之”字及“井”字航线规划方案,构建了不同航线下的露天矿山三维模 型。 从三维模型完整性、布设检测点两个方面分析模型精度,并对不同航线下构建的三维模型进行了评价分析。 研究 表明:仿地“之”字和定高“之”字、“井”字 3 种航线规划方案均能获取完整的露天矿山三维模型;采用仿地“之”字航 线得到的模型纹理、细节、颜色、信息丰富度以及模型精度均优于传统的定高“之”字和“井”字航线;相比传统定高 “之”字航线和“井”字航线,仿地“之”字航线是在地形起伏、落差较大的露天矿山地区进行无人机矿山建模的最优航 线规划方案。 仿地“之”字航线规划方案提高了露天矿山三维模型精度,对于矿山边坡灾害预警和灾害调查工作具有 重要参考意义。     

基于异构数据融合技术的地下矿生产计划优化

将三维矿业软件形成的包含储量信息、品位信息、采场信息的三维块体模型、采场地质储量管理信息系统、设备管理信息系统、人力资源管理信息系统以及生产验收管理信息系统通过数据接口集成到统一的生产计划优化平台下,对相关数据进行异构聚合,深度加工。建立基于生产指标和入选品位指标为目标的多目标优化模型,实现矿山生产计划的自动优化,为矿山生产安排提供科学依据。     

浅埋大跨度隧道预应力锚杆锚固参数及支护设计研究

为明确浅埋大跨度隧道预应力锚杆的锚固参数及支护方案,为主动支护设计提供依据,以青岛地铁6号线华山一路站为例,采用理论分析、数值模拟、现场试验的研究手段,探究不同支护参数下的隧道施工力学特征。研究结果表明:(1)主动支护通过补偿径向应力σ3,降低切向应力σ1,改善了围岩的应力状态,锚杆与围岩形成共同承载体,提高了围岩的弹性模量、黏聚力、内摩擦角等力学性能;(2)锚固段长度越大,剪应力的分布范围呈增大趋势,随着张拉载荷的增加,剪应力峰值由锚固段端部逐渐向尾部转移,锚固长度为锚杆长度的40%～50%时锚固体的安全储备高;(3)锚杆的预应力在0～120 k N增加过程中,围岩的变形量与变形范围呈下降的趋势,拱部塑性区逐渐消失,拱脚与边墙的塑性区分布范围不断降低;随着锚杆的支护密度的提升,围岩的变形与应力均得到了一定程度的控制,但提升效果不显著;(4)从现场监测结果来看,主动支护结构稳定且安全储备高,其中围岩变形量在5.7 mm以内,格栅钢筋应力最高值为48.2 MPa,锚杆轴力由张拉至隧道开挖完成变化率仅为3.5%。     

花岗岩灾变声发射信号多参量耦合分析及主破裂前兆特征试验研究

 通过开展花岗岩单轴压缩声发射试验,提取花岗岩破裂过程声发射信号的能量、主频和主频幅值,分析花岗岩破裂过程中3种耦合关系：破裂尺度和能量、能量和主频幅值、能量和主频的关系。以能量为媒介,探讨破裂尺度和声发射信号特征(能量、幅值和主频)之间的对应关系,研究花岗岩破裂过程中不同破裂尺度对应声发射信号的演化规律,探索岩石破裂的声发射前兆规律。研究结果表明：花岗岩破裂过程中存在4种模式声发射信号：低频高幅值、低频低幅值、中频低幅值和高频低幅值。花岗岩破裂过程中大尺度破裂声发射表现为低主频、高幅值和高能量的特征,对应低频高幅值声发射信号;小尺度破裂表现为低幅值和低能量,低、中和高主频共存的声发射特征,对应低频低幅值、中频低幅值和高频低幅值3种模式声发射信号。中、高频低幅值和低频高幅值3种模式声发射信号,适合作为花岗岩破裂预测的主要信号源,前兆特征表现为：中、高频低幅值信号逐渐消失,低频高幅值信号出现,即出现中、高频低幅值信号平静,而低频高幅值信号不平静的现象。高频低幅值和低频高幅值信号的前兆响应系数为0.2,中频低幅值信号前兆响应系数为0.14,相比中频低幅值信号,高频低幅值和低频高幅值信号的前兆响应时间早,前兆响应能力较强。