裂隙岩体精细化数值模型构建与爆破模拟

裂隙岩体爆破数值模拟过程中，裂隙分布模型的真实性，是影响数值模拟结果的关键因素之一，现有节理裂隙构建方法难以实现三维分布上的复杂表征或是实现操作过于繁杂。为探索在LS-DYNA软件中构建三维分布上真实、复杂表征的节理裂隙模型简单可行的操作方法，通过MATLAB软件对爆破数值模型K文件进行解析重组，按照节理裂隙三维分布规律进行勾勒并赋予节理裂隙材料本构，构建出符合节理裂隙分布规律的节理岩体三维精细化数值模型。以某露天石灰石矿山为实例，开展节理裂隙三维分布规律统计分析并在台阶爆破数值模型中进行还原，基于裂隙岩体精细化数值模型，开展露天台阶爆破数值模拟试验和现场爆破试验对比研究。结果表明：采用解析重组方法构建的数值节理模型与实际节理裂隙的误差小于13%;节理裂隙面使岩体内的损伤分布规律发生了变化，与完整岩体相比，损伤范围增加了12.04%,粒径处于0～100 mm的占比降低了8.11%;爆破模拟得到的损伤结果与现场破碎效果接近，统计粒径在0～100 mm之间的碎块的占比，误差为4.16%。解析重组法构建三维节理裂隙，可行、操作简便，数值模拟结果接近实际。     

响应面法优化石灰石粉尘抑制剂配比研究

为更针对性地治理石灰石粉尘,降低其危害程度,采用十二烷基磺酸钠、可溶性淀粉、羧甲基纤维素等制备石灰石粉尘抑制剂,开展了最佳抑制效果的配比研究.建立抑尘剂表干时间、黏度、pH 值的响应面回归模型,对其进行方差、可信度与曲面图等分析.结果表明:可溶性淀粉和羧甲基纤维素之间存在交互作用,对表干时间、黏度影响显著;十二烷基磺酸钠和可溶性淀粉、十二烷基磺酸钠和羧甲基纤维素、可溶性淀粉和羧甲基纤维素交互作用对pH 值影响显著;最佳石灰石粉尘抑制剂配比为:十二烷基磺酸钠０．１７８％、可溶性淀粉０．０５７％和羧甲基纤维素０．５２３％,在此条件下可获得抑尘剂表干时间为６．１４２min、黏度为５００MPa??s,pH 值为７.５次实验室平行试验结果表明,实际验证值与回归模型     

单自由面锚固体单向加载破坏特征和 锚杆荷载规律研究

针对岩石与锚杆形成的锚固复合体,基于实验室单轴压缩实验结果,建立岩石试样单轴压缩数值模型,校验强度参数与塑性剪应变定量关系,确定应变软化力学参数;优化Flac3D中Pile结构单元预应力锚杆构建步骤,建立单自由面锚固体数值模型,剖析锚固体在单向加载条件下的内部破裂特征,揭示在加载全过程中的锚杆轴向荷载及弯矩变化规律。研究表明:由锚杆预应力产生的压应力区按椭球形分布,且压应力在锚固范围内具有双峰值特征;锚杆促使锚固体内部产生共轭剪切破坏带,且共轭剪切带与水平面夹角出现增大趋势,并在临空面浅部出现对称分布的次破裂面;杆体轴向荷载和弯矩分布均具有显著阶段特征;在峰前塑性应变阶段,杆体轴力和弯矩小幅增加,且均以靠近锚杆外锚固端的杆体为主;在峰后软化阶段,杆体轴力和弯矩显著增大,锚杆荷载特征由单纯轴向拉应变突变为拉、弯、剪综合受力状态,且靠近内锚固端杆体弯矩剧烈变化。     

不同荷载条件下U型钢支架承载性能及失稳特征分析

以矿用直墙半圆拱U型钢支架为研究对象,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,建立U型钢支架平面分析力学模型,并借助ABAQUS有限元软件构建U型钢可缩支架三维分析模型,研究支架整体均匀承载、顶梁承载、单侧棚腿承载和两侧棚腿承载等条件下的支架承载性能、失稳特征和危险截面位置。研究表明：U型钢支架外部荷载条件不同,承载能力存在很大差异,单侧棚腿受力的偏载状态为支架最容易失稳的荷载条件,其极限承载能力为整体均匀承载、顶梁单独承载和两侧棚腿对称承载条件下的44%,63%,79%;U型钢支架危险截面主要分布在顶梁中心、棚腿中部和底脚,且随着顶梁荷载增大,棚腿危险截面向顶梁偏移;支架外部荷载条件不同,失稳特征分别以“M”式、“尖顶”式和单侧跪腿式为主;针对任楼煤矿-720 m南翼轨道大巷失稳特征,提出U型钢支架+壁后充填+锚索耦合支护技术,优化支架外部荷载分布形式,提高支架整体承载能力和结构稳定性,有效控制了强采动影响巷道围岩变形。     

基于孔间延时优化的骨料用石灰岩爆破粉矿率控制

针对某骨料矿山爆破粉矿率偏高的问题,依据现场工况参数,分别以孔间延期时间为0 ms、25 ms、50 ms、75 ms、110 ms开展爆破试验研究。首先,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟试验,获取不同孔间延时条件下应力场分布特点和振动速度值,初步获取相对较优的孔间延期时间;再基于数值模拟实验结果,开展现场试验。结果表明:采用延期时间为75 ms时的效果最佳,可以使平均粉矿率下降至7.43%、平均块度尺寸d_(50)提高至26.5 mm、d_(80)块度尺寸提高至37.5 mm、不均匀指数C_u减小至3.31、曲率系数C_c增大至1.206。     

基于PFC的层状板岩巴西劈裂渐进破坏能量分析

基于颗粒流软件PFC,研究了加载方向与层面法向呈不同夹角θ下的板岩巴西劈裂破坏能量演化规律。结果表明:层面的存在改变了起裂点位置和裂纹扩展方向,随θ的增大,吸收总能量、弹性应变能和耗散能均逐渐降低。当45°≤θ≤90°时,起裂点位置基本在圆盘中心,然后沿层面向两端扩展。吸收总能量、弹性应变能和耗散能衰减较慢;0°θ45°时,裂纹在距加载点最近的层面附近萌生,后层面阻挡了裂纹沿原方向扩展,微裂纹在层面无序生成并连通,然后穿越层面继续延伸,吸收总能量、弹性应变能和耗散能衰减较快。θ=0°时,层面对裂纹的延伸有阻挡作用,但并不改变其扩展方向。根据能量的传递规律可以确定裂纹萌生位置,裂纹的产生是能量耗散的主要原因。0°θ45°时的耗散能占比约比45°≤θ≤90°时大10个百分点。