一、地下开挖影响下岩体分形性质演化问题探讨(论文文献综述)
李卫[1](2021)在《考虑围岩爆破损伤效应的浅埋大跨硬岩车站稳定性分析与应用》文中研究表明随着我国城市轨道交通进入大规模建设时期,城市地铁建设穿越的地层条件愈发复杂,导致隧道施工中地表塌陷、围岩失稳等灾害频发,因此地铁建设中的灾害控制已成为重要研究课题。通常情况下,地铁车站埋深较浅,围岩主要是第四系砂土层,近年来则遭遇一些特殊地质条件,如青岛、大连地铁车站需穿越硬岩地层,致使大跨地铁车站建设面临一系列特殊性(浅埋、跨度大、覆岩厚度小),硬岩地层条件下浅埋爆破施工引起的围岩损伤规律、地层变形特征及围岩稳定性等问题尚不明晰,设计和施工缺乏理论支撑。本文针对浅埋大跨硬岩车站特殊工况,采用理论计算、室内模型试验、数值模拟和现场监测等研究手段,考虑车站围岩爆破损伤效应,系统研究了硬岩地层浅埋大跨暗挖车站爆破损伤机理,开展了浅埋车站爆破开挖的三维地质力学模型试验,揭示了浅埋车站围岩的爆破损伤特性及规律,提出了考虑爆破影响下车站围岩有效承载厚度的概念,在此基础上提出了与浅埋大跨硬岩车站相匹配的围岩开挖稳定性评价方法。主要研究工作及创新成果如下:(1)建立了爆破损伤作用下围岩稳定性力学分析与数值计算模型,从围岩应力分布、竖向位移大小及塑性破坏区面积等方面,对比分析了爆破损伤效应对浅埋、深埋围岩稳定性的差异性影响,验证了考虑浅埋硬岩车站爆破损伤效应的必要性。研究认为:爆破应力波在浅埋车站围岩传播,遭遇介质突变后部分反射波重新作用于拱顶围岩,造成围岩二次损伤,围岩损伤效果更加明显。爆破应力波随着传播距离的增加,其波形也会发生变化,在深埋隧道中,会在离开震源较远的地方逐渐稳定下来,而在浅埋车站中,应力波会出现相互叠加,体现在围岩介质中可认为围岩拱顶位移变化更明显。(2)基于围岩爆破损伤理论与现场试验测试,获得了围岩损伤因子与爆源距离及装药量间的非线性定量关系;在此基础上,建立了爆破冲击波及应力波作用下的围岩粉碎区及裂隙区半径方程,开展了现场声波测试试验,现场声波测试结果表明,距爆源0~0.6m范围内围岩破坏严重,0.7~1.7m范围内围岩存在损伤扰动区,1.7~4.7m范围内围岩基本保持完整状态,验证了理论计算的合理性。(3)创建了考虑爆破损伤效应的浅埋硬岩开挖稳定性有限差分数值计算模型,提出了基于复合指数型爆破应力波加载的爆破损伤后围岩参数确定方法,分析了考虑与不考虑爆破损伤作用下初支拱盖法开挖应力场、位移场及塑性区变化规律,揭示了爆破损伤效应对车站开挖稳定性的影响机制。(4)研发了浅埋大跨硬岩车站三维地质力学模型试验系统,通过电火花震源实现围岩爆破过程的模拟。开展了考虑与不考虑爆破损伤效应两种工况下的浅埋大跨硬岩车站开挖稳定性模型试验研究,分析初支拱盖法及拱盖法在不同覆岩厚度条件下的车站围岩应力、位移及初期支护应力变化规律,最后从拱顶沉降、地表变形及两帮位移变化等方面分析了初支拱盖法的地层适用性。(5)提出了基于霍普金森压杆试验的围岩力学性质劣化程度确定方法,在此基础上提出了有效承载厚度即有效岩跨比概念,建立了新的适用于爆破损伤影响下的浅埋大跨硬岩车站围岩开挖稳定性评价方法,依托青岛地铁四号线人民会堂站浅埋暗挖工程,从拱顶沉降、地表变形等方面对比分析了有效岩跨比与传统岩跨比条件下的车站围岩变形情况,并与现场实际监测情况进行对比分析,验证了有效岩跨比评价方法的合理性,为浅埋车站爆破施工和开挖设计优化提供了科学指导。
屠文锋[2](2021)在《爆破动力诱发裂隙岩体破坏突水机理与过程调控方法》文中提出隧道对我国“交通强国”战略和“一带一路”倡议的实施具有关键性支撑作用。未来10年间将新建数万公里隧道,其建设规模和难度不断增大。由于地下水及其储存构造-溶洞、断层等重大灾害源普遍赋存,隧道施工中突涌水灾害频发,严重制约着隧道安全施工与高效建设。针对隧道安全施工面临的基础理论难题与重大技术挑战,由于人们对爆破扰动下隧道突涌水机理的科学认识不足,缺少有效的灾害过程调控方法,难以实现突涌水灾害主动防控。围绕爆破动力诱发裂隙岩体破坏突水机理与过程控制,本研究采用理论与模拟试验相结合的研究方法,提出了岩体爆破物理模拟与数值试验方法,建立了爆破动力扰动下隔水岩体破坏突水判据和防突最小安全厚度计算方法,系统剖析突水动力灾变演化过程,建立了考虑爆破扰动作用的突涌水过程调控机制,获得以下成果。(1)基于高压脉冲致裂原理与岩体爆破冲击理论,建立了炸药质量与非炸药式激发能量关联关系,提出了高压脉冲致裂定量模拟爆破动力的方法,破解了以往无法精确模拟爆破动力的难题。基于离散元颗粒动力接触膨胀荷载法与动刚度计算方法,引入爆炸正弦应力波加载方法,并通过叠加原理动态更新计算过程,建立了裂隙岩体三维爆破模拟方法。采用二维管道域模型对预制裂隙施加恒定水压力,并与爆炸荷载耦合作用,实现了爆炸冲击作用下含水裂隙的扩展模拟。针对不同裂隙初始水压力、爆炸荷载条件,开展了单次与循环爆破作用下裂隙岩体破坏过程模拟,揭示了爆破动力-水压作用下的裂隙岩体变形破坏规律。(2)基于爆破动力物理模拟试验方法,研制了含水裂隙动力损伤性能测试系统,由爆破动力模拟与测试装置、裂隙内水压加载与监测装置、内裂隙损伤与外裂缝扩展监测装置组成,实现了含水裂隙动力损伤测试的定量表征。针对不同爆破强度、裂隙初始水压、加载围压和爆破距离试验条件下的大尺度类岩石试件,开展了多组含水裂隙与干燥裂隙爆破动力损伤对比试验,发现了爆破诱发含水裂隙水压内升与应变振荡现象。相同初始水压下,水压内升幅值随爆破强度增大呈对数型增长,而对于动态应变幅值则呈S型增长。相同爆破强度下,水压内升幅值随初始水压增大呈S型增长,而对于动态应变幅值则呈指数型增长。随着爆破距离增加,水压内升幅值和动态应变幅值均呈反比例降低。随着加载围压的增大,裂隙水压内升与动态应变幅值均呈指数型增长。(3)对于有限边界方形试件,裂隙内水压较低时,唯有单次大当量爆破才能导致爆心处新生裂纹即刻贯通至含水裂隙。裂隙内水压较高时,单次大当量爆破会导致爆生裂隙与预制裂隙瞬时贯通并延伸至边界。爆破冲击诱发的裂隙内水压内升导致裂隙岩体有效应力改变,进一步影响岩体应力分布状态,促使含水裂隙萌生、起裂、扩展与贯通,并影响着含水裂纹的扩展模式。(4)基于裂隙岩体细观破坏特征分析,建立了反映岩体内部不均质性诱发的局部渐进破坏应力-渗流耦合模型。基于含水裂隙动力扩展模型,计算爆破-水压作用下裂隙压剪与拉剪动态应力强度因子,建立了隧道裂隙岩体动力破坏突水判据,提出了基于安全系数的隧道施工安全指导方法。基于裂隙岩体爆破动力模拟试验新认知,提出了隧道防突结构破坏的科学分区:开挖破坏区、渗透破坏区和层裂破坏区,揭示了裂隙岩体渐进破坏力学机制。(5)开挖破坏区受爆破扰动、卸荷以及原始损伤累积影响,通过计算由岩体波速降低率得到的强度折减系数来动态修正岩体扰动系数,建立了考虑循环爆破动力扰动的开挖破坏区厚度计算方法。爆炸应力波传播至前方充水溶洞等灾害源边界时,临空面岩体产生拉破坏,致使临近的防突岩体呈现明显的层裂破坏区,考虑爆炸应力波反射作用,建立了爆破扰动、水压作用下层裂破坏区厚度的计算方法。防突岩体中间为渗透破坏区,受富含水的层裂破坏区的强渗透影响出现塑性破坏区域,基于渗流微分方程和平衡微分方程,建立了层裂区水压传递下的渗透破坏区计算方法。上述分区均有效考虑了爆破动力扰动,通过叠加计算来确定隧道防突最小安全厚度,解决了以往分区未全部考虑爆破影响和计算值偏保守的问题,对类似隧道施工安全具有重要指导作用。(6)基于隧道工程地质信息判识与风险动态评估信息,融入防突结构性能评估与以光纤激光微震为载体的多元信息融合监测,提出了四阶段施工动态决策模型:地质基础判识→突水概率评估→防突性能分析→危害量级评判。利用综合权重确定方法得到突涌水主控因素,基于D-S证据理论融合分析,构建了多指标施工决策模型与决策标准。以防突结构性能调节为目标,针对不同灾害源与隧道未来开挖轮廓范围位置关系,建立了防突结构性能过程调控模型,实现了重大突涌水灾害的过程分析与科学决策。
张纯旺[3](2021)在《废弃矿井采空区覆岩裂隙导通机理及多尺度渗流特性研究》文中认为随着落后产能煤矿的逐步淘汰,我国关闭矿井的数量不断增加,但废弃矿井采空区中仍赋存大量的煤炭、水、瓦斯等可利用资源,该资源的二次开发利用对区域经济的转型发展具有重要的现实意义,由于废弃矿井采空区内煤岩体破裂状况不清,水、瓦斯等流体赋存状态复杂,难以进行精准高效开发利用。其中覆岩破断裂隙是影响流体赋存的关键因素,它作为通道对采空区内水、瓦斯等流体的运移具有主导作用,它直接决定了采空区内水、瓦斯的空间赋存位置。因此探究废弃矿井采空区覆岩裂隙导通机理及多尺度渗流特性,可为废弃矿井资源的二次开发利用提供理论支撑。本文以废弃矿井采空区资源开发利用为研究目标,针对覆岩裂隙导通机理及其多尺度渗流特性,采用室内试验、理论分析和数值模拟相结合的手段开展研究。通过单轴压缩试验探究了煤岩体的力学性质及其破裂过程,基于弹塑性力学理论探究了顶板覆岩破断力学机制,从标准试件的破裂和块体的断裂两个尺度研究了覆岩破断裂机制及裂隙通道特征;分别对原生裂隙煤岩体的渗流特性开展了研究,采用多场耦合试验压力机对原生裂隙岩体开展了水力耦合渗流试验,利用CT扫描技术从微细观的角度探究了原生裂隙煤体的孔裂隙特征及其渗流特性;最后针对采空区中瓦斯上浮和离层水下渗的现象,采用两相流界面追踪方法对采空区裂隙网络内水气两相渗流特性进行了模拟分析。主要研究内容及结果如下:(1)通过单轴压缩试验对煤岩体的力学性能进行了测试,联合声发射监测系统和数字散斑全场应变测量系统对破裂过程进行了监测,通过对比煤和砂岩的力学特性得出,煤与砂岩在单轴抗压强度、变形特征及破坏模式等方面存在明显的不同,砂岩的脆性破坏特征更加显着;声发射能量变化反映了破裂过程中弹性能的积累和释放过程,不同应力水平下声发射定位点演化特征呈现了煤岩体内部破裂及其扩展的方向,试件破坏的瞬间伴随能量的急剧释放破裂定位点骤增;采用数字散斑全场应变测量方法对试件表面位移场和应变场进行了定量监测,标记点的位移曲线可划分为初始变形、等速变形和加速变形三个阶段,试件表面位移场及应变场反映了裂隙从底部向顶部扩展呈现张拉破坏的模式。联合监测突破了传统以定性为主来判断破裂过程的局限性,更全面的反映了煤岩体破裂的过程。(2)从弹塑性力学的角度研究了覆岩破断的力学机制及断裂后裂隙的张开度特征,根据砌体梁结构关键块体运动演化过程及超前应力分布情况,建立了线性增压荷载悬臂梁模型,采用弹性力学应力逆解法获得了内应力分量解析解,结合Mohr-Coulomb剪切屈服破坏准则,推导了块体破裂迹线隐函数方程式,结果表明破裂迹线的形态与先天开采条件及岩层自身的力学特性相关,破裂迹线呈现“竖对号”的形态,说明在破裂的过程中裂纹会发生偏转,其中拐点的位置与岩层的内聚力和内摩擦角有关。另外随着块体长度的增加块体回转角度越来越小,相对应的张开度变化特征与目前线性假设存在明显的不同,回转后张开度沿破裂线呈现先增大后减小再增大的趋势,破断裂隙通道开度变化存在阈值。(3)采用多场耦合试验压力机对原生裂隙砂岩开展了不同围压及不同渗透压下的渗流试验,给出了加卸载路径下渗流流量随围压及渗透压变化的渗流规律,在加载过程中不同围压条件下渗流流量随渗透压表现出多样的变化趋势,随着围压的增大渗流流量增长类型分别呈现幂律型、线性型、指数型和双线性增长变化;在卸荷过程中随着围压的降低渗流流量呈现递增的趋势,但受到加载历史的影响,卸载路径下的渗流流量明显低于加载路径。进一步采用扫描仪对裂隙面的三维形貌特征进行了表征,并对各裂隙面的起伏高度平均值、标准偏差、均方根一阶导数、分形维数等进行了统计学分析,其中原生节理粗糙度系数集中在8~10的范围内,分形维数在1.07~1.16之间,裂隙面起伏高度频率直方图呈现高斯分布规律,且粗糙度系数越大其峰值所在的区间愈向右侧偏移。基于扫描数据对流体在裂隙面的渗流进行了模拟分析,结果表明裂隙面存在明显的优势渗流路径,水头压力分布存在明显的过渡区,由于裂隙面粗糙的几何形貌特征引起渗流流线及速度场呈现明显的非均匀分布,当流体从顶部向下方流动时,流体向开度较大的方向运移,造成裂隙面内流体分布的不均形成优势渗流,优势渗流路径的存在是造成粗糙裂隙面非达西渗流的主要原因。(4)利用CT扫描技术对原生裂隙煤体进行扫描试验,获得裂隙煤体的内部孔裂隙结构特征,采用三维可视化软件对裂隙煤体提取了表征单元,并对孔裂隙模型进行了三维重构,可以看出该原生裂隙煤体内部存在一条明显的宏观裂纹,周围分布次生裂隙及孔隙,孔隙在局部区域呈现连片状聚集分布,同时存在一些孤立的微孔。通过建立孔隙网络模型直观的再现了宏观裂缝和微观孔隙的分布情况,使原生裂隙煤体内部储层结构得到了比较精细的表征。对比分析裂隙煤表征单元体的渗流模拟结果可以看出,原始不含裂隙的煤体渗透率较低,渗流路径中内部几乎没有流线分布,而含裂隙的模拟结果表明流体沿主裂隙向下运移的同时,还会向周围连通的次生裂隙及孔中运移,形成了良好的渗流通道,导致了原生裂隙煤体渗透率的增大。(5)结合数字图像处理技术与相似模拟实验,对采空区覆岩裂隙几何参数(宽度、迹长、面积、周长和倾角等)进行了统计分析,构建了大尺度采空区裂隙网络几何模型,基于废弃矿井采空区上方离层水下渗和垮落带瓦斯上浮的现象,采用界面追踪模型精细地捕捉了水气两相渗流的过程。覆岩采动裂隙整体呈现梯形状,内部层间离层裂隙与纵向破断裂隙纵横交错、互相贯通,两种裂隙的开度、面积和周长呈现指数分布,裂隙迹长呈现对数正态分布,裂隙倾角呈现正态分布;模拟结果表明由于裂隙内渗流速度的不均衡性,在采空区两侧裂隙形成了明显的优势渗流通道,同时发现在高位横向层间离层裂隙存在瓦斯滞留区,裂隙两端存在被封堵、交叉点处存在偏流等现象,揭示了大尺度裂隙网络内水气两相渗流特性。本文针对采空区破断裂隙进行了全方位多尺度的研究,理清了采空区破断裂隙的空间几何分布形态,揭示了废弃矿井采空区裂隙网络水气两相多尺度渗流特性,研究成果对于废弃矿井采空区资源的再利用具有一定的指导意义。
胡杰[4](2021)在《隧道块状节理岩体破坏前兆规律及块体垮塌监测预警方法》文中提出随着我国经济社会的持续高速发展以及人民对生活质量要求的不断提升,交通运输工程建设规模与数量总体上呈现不断增长的趋势。进入21世纪以来,铁路、公路工程建设步入高潮,隧道建设规模进一步增加,我国已成为世界上隧道建设数量、运营里程最大的国家。隧道围岩结构垮塌灾害是节理硬岩隧道最为常见的地质灾害之一,具备强隐蔽性、强突发性、强破坏性、强致灾性特点,灾变过程涉及节理岩体渐进破坏和危险块体群大规模垮塌,防控难度极大,每年造成严重的经济财产损失和人员伤亡。本文针对隧道节理硬岩破裂及衍生块体垮塌灾害监测预警,重点关注岩桥破断和岩块失稳两个重要的灾变阶段,综合采用案例分析、室内试验、前兆监测、机器学习、物理模拟、数值模拟等手段,系统地研究了不同应力状态下节理岩体破坏行为及伴生多元前兆演化规律,提出了基于岩体裂纹类型演化的岩桥破断预警判据;在此基础上进一步探索了岩块失稳过程尖点突变模型,提出了静、动荷载条件下,基于岩块固有振动频率演化的块体突变失稳预警判据,为块体垮塌灾害防控提供了重要的理论支撑。主要研究成果包括:(1)总结了高、中、低地应力条件下隧道节理硬质围岩常见的破裂、掉块现象,分析了破裂内在驱动要素及力学机制,将块体垮塌灾害概化为岩桥破断和岩块失稳两个主要阶段;针对张拉、拉剪、压剪三种典型应力状态的岩桥破断行为研究,创新研发了“拉-压-剪”新型多功能岩石力学试验系统,满足了不同应力状态下统一尺度立方体岩样直接破坏过程模拟及伴生多参量信息的监测需求,为不同破坏行为及前兆差异性的直观、精确对比提供了设备支撑;重点解决了直接拉伸试验偏心抑制、端部应力集中效应弱化、剪切弯矩效应弱化、小力值拉应力稳定加载、新型加载辅具设计等试验技术难题。(2)基于自主研发的新型试验平台,开展了统一尺寸节理岩样直接拉伸、拉剪、压剪破坏试验,结合声发射仪、光学高速摄像仪、红外热像仪进行破坏过程的同步监测,系统地对比分析不同应力状态下岩桥的破断行为及“声-光-热-力”多参量前兆信息演化机制,揭示了应力大小、节理贯通度对岩样强度及前兆演化的影响规律;试验与监测结果表明:三类试验破坏现象存在显着的差异,拉伸与拉剪试验脆性破坏特征显着,破裂迅速且释能特性强于压剪破坏,而声发射信号响应则明显强于温度与变形参数;在试验结果的基础上,进一步采用RFPA丰富节理岩样工况,揭示了节理贯通度增加对岩样整体强度和岩桥部位强度不同的影响规律。(3)针对响应较灵敏的声发射监测,从特征参数和波形参数两个方面对不同应力状态下岩桥破断过程的声发射信号进行深入分析,基于计数、能量、幅值、b值、主频、熵值多个声发射监测指标,从破裂数量、破裂尺度、破裂有序性等多个角度对不同应力状态下的岩桥破坏过程进行刻画分析;在此基础上进一步采用RA-AF值拉、剪裂纹分类法探索了岩桥破坏过程的破裂类型演化规律,不同破坏试验均呈现早期以拉裂纹为主,临近破坏时刻剪裂纹产生的裂纹演化机制;综合特征参数、波形参数和裂纹判识类型,建立了三种典型应力状态下节理岩体安全状态三色判识方法。(4)针对不同应力状态下的节理岩体破坏,探索基于RA-AF值拉、剪裂纹分类法的普适性预警判据,引入机器学习算法,提出了基于高斯混合模型(GMM)的声发射RA-AF值自动聚类分析方法,结合支持向量机(SVM)模型建立了拉裂纹与剪裂纹簇的最优分割方法,分析了 GMM-SVM模型在裂纹类型自动判识方面的可靠性,解决了JCMS-ⅢB5706规范中对角分割法存在的人为经验性和不确定性问题;针对工程实际,建立了声发射等数据点、分时段裂纹类型动态判识方法,将单元时段剪裂纹数超过20%且剪裂纹数据点簇呈现靠近RA轴的条带作为普适性岩桥破断预警判据,并进一步建立了基于似然比估计的拉、剪、复合裂纹三分类自动判识方法。(5)针对岩桥破断后可能产生的继发岩块失稳垮塌,重点考虑大型关键块体常见的滞后突变滑动失稳类型,建立了块体简化弹簧质子振动模型,揭示了滑动面剪切刚度对块体固有振动频率的影响机制;创新开展了大尺度岩块失稳过程物理模拟试验,揭示了应力、接触面积对块体固有振动频率的影响规律及滑动失稳过程声发射参数的响应特征,结合3DEC数值分析,进一步验证了考虑滑动面剪切刚度的简化振动模型的有效性;建立了块体失稳的尖点突变分析模型,提出了静、动荷载条件下岩块突变失稳预警判据,首次通过滑动面剪切刚度搭建起块体固有振动频率与块体稳定性分析间的桥梁。
王博[5](2021)在《陕蒙深部矿区典型动力灾害发生机理及防治研究》文中指出陕蒙浅部矿区采深普遍为53~280m,而其深部矿区采深已普遍超过580m,且近年来开采深度以每年数十米的速度增加。根据现场调研,陕蒙深部矿区具有开采强度大、煤层冲击倾向性强、顶板存在大范围富水区和厚硬砂岩组等特点,部分矿井开采过程中已发生十余起冲击地压、矿震等动力灾害,严重制约了矿区的安全、高效生产。针对陕蒙深部矿区动力显现频发的现状,本文以该地区近年来发生的几起典型动力灾害为研究背景,采用案例调研、理论分析、相似模拟实验、数值模拟和现场实测等方法,开展了陕蒙深部矿区典型动力灾害(冲击地压和矿震)发生机理及防治研究工作,取得如下成果:(1)调研分析了陕蒙深部矿区开采条件与动力灾害特征,确定了形成动力灾害的力源类型,并据此将动力灾害划分为采动疏水应力叠加型冲击地压、宽区段煤柱应力叠加型冲击地压和隔离煤柱区硬岩破断型矿震。(2)分别建立了疏水转移应力和高强度开采支承压力分布力学模型,研究了疏水及高强度开采对工作面应力分布规律的影响,揭示了陕蒙深部矿井采动疏水应力叠加诱冲机理:疏水后形成增压区和卸压区,当工作面快速推采至疏水形成的增压区时,采动应力与增压区应力叠加后超过冲击地压发生的临界值,是诱发冲击的主要原因。在此基础上预测了疏水前后冲击危险区的动态变化,提出了疏水区基于防冲的推采速度动态调控方法。(3)研究了该矿区典型开采条件下不同埋深和不同宽度区段煤柱应力分布规律,分析了特定条件下宽区段煤柱破坏分区特征,建立了宽区段煤柱冲击力学模型并给出了宽区段煤柱诱发冲击的力学判别条件,揭示了宽区段煤柱应力叠加诱冲机理,并据此提出了该地区宽区段煤柱冲击地压防治对策和下阶段基于防冲的窄煤柱宽度设计方法。(4)分别建立了煤柱支撑条件下关键层挠曲变形力学模型和隔离煤柱压缩量估算模型,给出了关键层挠曲破断诱发矿震的判别条件,揭示了陕蒙深部矿井隔离煤柱区硬岩破断诱发矿震机理,提出了冲击地压和矿震协同控制的合理隔离煤柱宽度设计方法。研究成果已在陕蒙深部纳林河、呼吉尔特矿区3对冲击地压矿井现场应用,效果良好。
唐亚男[6](2021)在《深部缓倾斜破碎金矿体顶板失稳机制及控制技术》文中认为本文以鑫汇金矿深部开采为工程背景,以上向水平进路充填采场为研究对象,以揭示深部缓倾斜破碎矿体充填法开采采场围岩稳定性特征为目标,综合采用室内力学试验、理论推导及数值分析等技术手段,围绕深部节理岩体损伤本构关系及损伤演化特征、深部破碎围岩稳定性分级、顶板失稳机制、破碎顶板长锚索锚固作用机理及锚固能力推算、深部破碎矿体采场围岩变形及塑性区演变规律、上向水平进路充填法回采方案优选等内容开展深入研究,取得以下研究成果:(1)通过室内力学试验,获取了鑫汇金矿深部岩体基础力学参数及原岩应力状态;基于损伤力学理论及应变等价原理,引入初始节理损伤、荷载损伤及总损伤的概念,构建了节理岩体损伤本构模型;基于构建的损伤演化方程,对节理岩体损伤演化特征进行了深入分析。(2)基于岩体分形理论,采用裂隙岩体分形维指标代替岩体质量指标RQD和节理间距指标,创新形成了一种适用于破碎岩体的新分级方法(FT分级法),弥补了传统RMR分级法在确定RQD和节理间距的不足;借助FT分级法,对鑫汇金矿6个测量区域岩体稳定性进行分级,并与传统RMR法进行全方位比对,认为FT分级法对于破碎岩体分级结果更加准确。(3)揭示了深部缓倾斜破碎矿体顶板失稳机制。通过引入了牵引力,阐明了顶板失稳的内在机制。矿体倾角越小,牵引力分布越密集,破碎带厚度越小,牵引力分布越稀疏;矿体倾角越大、破碎带厚度越小,牵引力越小;牵引力与矿体倾角呈二次多项式函数关系、与破碎带厚度呈线性函数关系;塑性区面积随矿体倾角增大而减小,且两者呈线性函数关系。塑性区面积随破碎带厚度增大而增大,且两者呈二次多项式函数关系。采场位移最大区域处于上盘与顶板接触带区域,锚杆支护作用效果不显着,长锚索支护能显着改善破碎顶板变形状态。(4)阐明了锚索支护作用机理,建立了破碎顶板锚索锚固力学模型,揭示了锚索预紧力作用机理,建立了预紧力与各影响因素之间的关系模型;定义了锚索锚固能力值,借助SPSS软件对锚固能力计算公式进行简化处理及回归预测,预测结果误差均在15%以内,认为回归模型合理可靠。(5)采场围岩位移随采场宽度、采场高度、节理尺寸、节理密度、埋深及开挖间隔增加而增加;采场围岩位移与采场宽度、节理尺寸和节理密度呈二次多项式函数关系,与采场高度、埋深及开挖间隔呈线性函数关系,与节理倾向及节理倾角没有明显函数关系;各影响因素对采场围岩位移主次顺序分别为双侧开挖>节理密度>采场宽度>埋深>单侧开挖>节理尺寸>节理倾向>节理倾角>采场高度。长锚索加固作用能明显降低破碎矿体采场位移值,长锚索支护参数对采场位移值有明显影响,采场位移值随支护间距和排距的减小而减小,长锚索支护长度对采场底板位移值改变不明显。(6)基于集对分析理论、区间直觉模糊熵和优劣解距离法,利用博弈论和灰色关联度理论,建立了一套多属性评价模型;利用博弈论综合考虑了各个参数指标的主观权重与客观权重;利用灰色关联度理论,分析了在不同偏好度情况下,方案结果与模型最优解之间的位置关系和形态差异,消除了决策者主观因素对评价结果的影响;通过SPA-IVIFE-TOPSIS综合评价模型,确定了鑫汇金矿深部采场最优回采方案。
任明洋[7](2020)在《深部隧洞施工开挖围岩—支护体系协同承载作用机理研究》文中研究表明随着全球经济的快速发展以及人类生存空间的逐渐拓展,许多在建的和规划中的地下工程不断向深部进军。目前国内外矿产资源开采的地下巷道、交通建设的地下隧道以及水利水电工程和油气能源储备工程的地下洞室等都已达到了千米以上的深度。随着埋深的增加,深部岩体的地质力学环境较浅部发生了很大变化,岩体的非线性力学特性更加显着,围岩稳定性问题更加突出。由于对深部围岩和支护结构协同承载作用机理缺乏足够的认识,基于经验设计的工程类比法常常导致支护结构在某些情况下过于保守,造成了资源的大量浪费,而在某些情况下又过于危险,易引起支护结构失效甚至围岩塌方等工程事故,给地下工程的施工和安全带来了极大危害。因此,开展深部隧洞围岩-支护体系协同承载作用机理研究无论对于隧洞支护结构设计优化,还是围岩稳定性分析都具有重要的理论和工程意义。本文以我国重点研发计划项目滇中引水工程-香炉山隧洞为工程背景,采用室内力学试验、理论分析、数值模拟和模型试验等技术手段,研究了高地应力条件下深部围岩的力学特性和非线性强度准则,提出了考虑材料非线性和接触非线性的深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同承载作用力学模型,建立了基于弹塑性接触迭代的围岩-支护体系协同承载作用数值计算方法,开展了香炉山隧洞施工开挖的真三维地质力学模型试验,揭示了深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同承载作用机理。论文获得的主要成果如下:(1)开展了香炉山隧洞千米级埋深灰岩和粉砂质泥岩的室内物理力学试验,获得了不同应力条件下深部软岩和硬岩的非线性力学特性、破坏模式和力学参数变化规律,基于Hoek-Brown准则提出了考虑围岩峰后软化特性的深部围岩非线性强度模型,并基于ABAQUS平台开发了相应的UMAT程序。(2)开展了不同粗糙度条件下的岩石-混凝土界面力学试验,基于分形几何理论提出了围岩-衬砌界面的非线性接触模型,结合深部围岩非线性强度模型建立了考虑材料非线性和接触非线性的深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同承载作用力学模型。针对围岩-支护协同作用问题不存在封闭解析解的困难,提出了“渐增支护荷载法”的半解析半数值迭代计算方法,并编制了相应的MATLAB求解程序。(3)建立了基于弹塑性接触迭代的深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同承载作用数值计算方法,基于ABAQUS平台开发了相应的计算程序。通过对香炉山隧洞施工过程开展数值计算,获得了围岩-衬砌界面粗糙度、隧洞埋深和支护时机等多种因素对围岩-支护体系协同承载作用的影响规律和敏感性排序。(4)开展了香炉山隧洞施工开挖真三维地质力学模型试验,真实再现了施工现场的复杂地质条件与动态施工过程,获得了隧洞施工过程中围岩应力和变形、围岩-衬砌接触压力以及锚杆受力的变化规律,揭示了深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同承载的作用机理,验证了围岩-支护体系协同承载作用力学模型和相应数值计算方法的可靠性,为深部隧洞施工和支护结构的设计优化提供了科学指导。
裴峰[8](2020)在《纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制》文中研究表明随着浅部矿产资源的日益枯竭,我国逐渐进入深部开采阶段,片帮、岩爆、局部大变形等灾害较浅部在频度和强度方面显着增加,成为深部地下工程建设亟需解决的问题。深部地下工程灾害是由岩石本身力学性能、所处复杂地质环境和开挖扰动力学响应引起的。埋深的增加导致地应力升高,而高地应力导致的围岩片帮、剥落、岩爆以及大变形则是制约深竖井设计和施工的关键因素。深部地层岩石在高地应力作用下力学特性及工程响应较浅部岩石存在明显差异,导致地下工程灾害具有多发性和突发性。因此,开展高地应力作用下深竖井围岩稳定性研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划项目-深部金属矿建井与提升关键技术,从金属矿深竖井开挖围岩稳定性分析及控制这一科学问题出发,依托纱岭金矿在建深竖井为工程背景开展研究。基于深部地层地应力场分布特征、室内岩石力学试验、数值模拟和理论分析,系统研究了不同赋存深度岩石在动、静载荷作用下力学性能、能量演化与分配比例和失稳破坏过程及随深度变化规律,结合声发射监测技术进一步探讨了不同赋存深度岩石失稳破坏过程中声发射信号的频率、时序特征以及硬脆性岩石高地应力作用下致灾机理。最后,采用数值模拟方法模拟了纱岭金矿主井开挖应力场、变形场、能量场、塑性区和围岩损伤程度特征及其随深度变化规律,揭示了围岩失稳破坏机制,并提出相应失稳控制理论和技术措施。相关研究成果对深部建井围岩稳定性分析以及开挖支护提供了理论支撑。主要研究成果如下:(1)在纱岭金矿建井工程区地层完整性分析的基础上,针对主井、副井、回风井的3个深钻孔内进行水压致裂地应力测量,获得了纱岭金矿建井工程区560~1532 m范围内地应力场随深度变化规律。分析了最大水平主应力方向与山东渤海沿岸地区最大水平主应力方向的关系,从板块运动的角度解释了最大水平主应力方向形成的机制,明确了建井工程区深部地层岩石所处复杂地层环境和地应力场特征。(2)选取井筒穿越变辉长岩和花岗岩两种岩石为主要研究对象,通过X射线衍射试验(XRD)和双目透反射偏光显微镜观察得到了岩石基质的类型、矿物组成和微观结构。对不同赋存深度岩石开展了动、静加载作用下岩石力学试验,从力学特性、破坏形态、声发射信号和失稳破坏演化过程分析了深部地层岩石物理力学性能、脆性破坏特征及随深度的变异性。同时,对岩样破裂断口进行电镜扫描获得了破裂断口细观形貌,从细观角度分析了硬岩的脆性破坏机制。最后,基于多重判据冲击倾向性判别准则对深部岩石冲击倾向性进行评价,采用冲击危险性和冲击危险势指标表征深部地层岩石发生冲击破坏的可能性及强度。(3)岩石储能能力是片帮、岩爆等灾害能量判据的重要指标,基于岩石极限储能理论研究了深部地层岩石储能能力随深度变化规律。综合考虑给定深度和周围应力环境因素,通过特征应力以及两个阶段能量随围压的变化规律,揭示了围压对岩石渐进破坏的影响。利用循环加卸载试验分析了深部地层岩石加载过程中力学参数的演化规律,表明了循环载荷对岩石强度参数具有强化和损伤双重效应作用,进而反映岩石能量存储与耗散特征,同时提出了修正后的CWFS(粘聚力弱化摩擦强化)模型;系统分析了岩石加载失稳破坏过程中输入能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度演化过程及分配规律,进一步揭示了岩石峰前以积聚弹性应变能为主、耗散能为辅的能量演化规律,同时阐明了能量演化及分配规律的围压效应;最后,从能量耗散角度分析了岩样损伤与应力水平之间的关系,基于耗散能发展规律建立了围岩失稳破坏能量判据,揭示了深部地层围岩损伤破坏能量机制。(4)岩石等脆性材料破坏过程能量耗散主要用于裂隙结构面的产生及其相互摩擦,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对深部花岗岩开展不同冲击速度作用下动态力学试验,得到了深部地层岩石动态抗压强度、破碎形态、能量耗散与冲击速度之间的关系,并与静态加载试验结果进行对比分析。探讨了冲击过程中耗散能密度、透射能密度、入射能密度等随冲击速度的演化规律,揭示了冲击破坏后破碎岩样分形维数特征,进一步研究了深部地层围岩突发式失稳破坏的内在机制。(5)基于声发射(AE)监测技术,从特征参数(计数率、能量率、累计计数、累计能量)和波形(幅值和峰频)两方面研究了不同深度地层岩石加载失稳破坏过程AE信号与应力水平之间的关系以及随深度变异性特征,反演了不同应力水平下岩石的稳定性,提出了岩石失稳破坏的声发射前兆信息。通过循环加卸载试验研究了不同赋存深度冲击性岩石加载过程中的不可逆性,得到了不同受力及变形阶段声发射信号变化特征及规律,揭示了岩石内部损伤程度的非线性加剧过程。同时探讨了加卸载过程中声发射b值演化规律,为进一步反演岩石损伤及破坏机制提供了理论依据。(6)综合考虑岩体声波波速随深度的变化、岩芯质量完整性、地下水、地应力分布特征和室内岩石力学试验的基础上,采用Hoek-Brown强度准则合理获得不同深度地层岩体力学参数。利用FLAC3D数值模拟软件分析了纱岭金矿主井穿越复杂地层应力场、变形场、塑性区特征及随深度变化规律,总结了围岩力学响应的时空演化规律和特征。采用破坏接近度指标分析了围岩损伤范围与破碎程度随深度变化关系,同时确定了最小支护深度和安全支护深度的范围。通过深竖井开挖后围岩能量积聚特征,确定了围岩能量积聚范围,合理预测了井筒围岩片帮、岩爆发生位置及强度,同时提出了相应卸压及支护措施。综合影响围岩稳定的多种因素对纱岭金矿主井地层进行了危险区划分,开展了围岩稳定性分析并提出深竖井施工围岩支护设计方案。
葛进进[9](2020)在《初始应力状态下岩石爆破裂纹扩展的模型试验研究》文中进行了进一步梳理煤炭作为主导能源一直以来支撑着我国的国民经济快速发展。事实上,在今后相当长的时期内它将仍然被视作我国经济发展所依赖的主导能源。由于浅部煤炭资源的枯竭,当前矿井的开采正经历着由浅部向深部的转变。工程实践表明,深部岩体赋存在高地应力环境中,导致深部矿井岩石的爆破破碎理论和围岩稳定机理显然与浅部岩体有所不同。因此,正确认识高地应力状态下爆炸载荷的加载特性、岩体爆破的损伤演化机理、爆破效果的影响因素以及不同爆破技术的破岩机理,这对于丰富爆破破岩的理论以及工程应用都是极具现实意义的。本文以爆炸力学、连续介质力学、岩石断裂和损伤力学、应力波理论等为指导,通过物理相似模型试验为主理论分析为辅的研究方法,对初始高地应力状态下岩石爆破破裂机理进行全面研究,修正考虑初始应力的压碎圈和裂隙圈计算公式和考虑初始应力的爆破分形损伤模型,揭示深部岩体内爆破裂纹扩展的方向、长度、速度与初始地应力的定量关系,探究初始地应力状态下岩体内爆破应力波的传播规律以及不耦合系数对爆破裂纹扩展的影响。初始应力状态下的透明岩石爆破相似模型试验表明:模型试件上,径向主裂纹扩展的平均长度、速度均随初始地应力的增大而减小,环向裂隙圈、压缩粉碎圈的平均直径也均随初始应力的增大而减小,但是压缩粉碎圈直径与环向裂隙圈直径的比值却随着初始应力的增大而增大;同时,在初始应力较大的区域,其爆破远区的应力波较初始应力较小的区域增强,即震动强度变大;当模型试件处于不等围压荷载条件下,其爆生最长径向主裂纹扩展的方向与最大主应力(σv)的方向呈锐角,且该锐角的大小随着最小主应力(σh)的增大而增大,同时可以根据tanθ=σv/σh(0<9<45℃)确定θ值得大小,这一试验结果和理论分析高度吻合。由上述结论可以推断,高地应力下深部岩体之所以难爆,主要是因为初始高地应力的存在改变了炸药爆炸后能量的分布,即用于爆破近区和爆破远区的能量占比扩大,用于爆破中区的减小。原本裂纹面的张开就受到初始应力的限制,使得需要更大得驱动力扩展裂纹,也就是扩展单位长度得裂纹需要更多的能量,而用于驱动裂纹扩展的总能量却有所减少(爆破中区),所以裂纹扩展的总长度减少了。图96表52参240
戎密仁[10](2020)在《围岩裂隙注浆加固体力学特性及破坏机理研究》文中研究说明随着我国交通基础设施建设的发展,尤其是“一带一路”和“川藏铁路”等国家重点工程的建设,大量隧道及地下工程将会穿越断层破碎带或裂隙岩体等不良地质区域。不良地质区段受地震波或施工速率影响下的大变形和变形速度快的问题将成为影响和制约工程建设的关键问题之一。现场解决这一问题的主要技术措施是对不良地质区段进行注浆加固。然而,裂隙岩体加固体在地震波或不同施工速率影响下的力学性能如何,如何系统评价裂隙岩体的注浆加固效果,现阶段尚属未知。为确保隧道及地下工程的施工安全和运营安全,这些方面已成为目前工程界普遍关心的问题。论文以围岩裂隙岩体为研究对象,采用室内试验、数值分析、理论分析三方面相结合的方法,进行裂隙岩体注浆加固体静力和应变速率效应下力学性能研究,主要成果如下:(1)研发制备可调裂隙倾角、宽度的裂隙岩体注浆加固试验系统,测定注浆加固体力学性能;并建立裂隙倾角、宽度、注浆材料与其力学性能之间的关系;且获得了围岩裂隙岩体在受压、受拉荷载作用下最优注浆材料。(2)借助高速摄像技术,分析注浆加固体裂纹萌生、扩展规律及其破坏形态特征。并运用分形理论,建立注浆加固体分形维数与力学性能之间的关系。(3)基于加固体破坏形态特征,建立类压杆失稳破坏模型和剪切破坏力学模型。根据注浆加固体分形特征与单裂纹能量耗散原理,建立微裂纹断裂损伤模型。(4)分析了注浆加固体微裂纹分布特征,以及属于类压杆失稳破坏模型和剪切破坏力学模型试样的应力应变场演化规律和能量耗散分配规律,进而阐释注浆加固体受荷载作用下的破坏机理。(5)测定不同应变速率下注浆加固体的力学性能,并从应力应变场、能量分配规律、微裂纹分布特征的角度,阐述了注浆加固体应变速率效应下力学性能及其破坏特征。(6)基于模糊层次分析法,建立考虑裂隙岩体倾角的注浆后围岩等级评价体系,并通过工程和数值仿真计算,验证了裂隙倾角与抗压强度的关系和注浆后围岩等级评价体系的工程意义。
二、地下开挖影响下岩体分形性质演化问题探讨(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、地下开挖影响下岩体分形性质演化问题探讨(论文提纲范文)
(1)考虑围岩爆破损伤效应的浅埋大跨硬岩车站稳定性分析与应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 隧道围岩爆破损伤机理及评价方法研究 |
1.2.2 地铁车站开挖工法研究 |
1.2.3 大跨暗挖地铁车站围岩开挖稳定性研究 |
1.3 目前存在的主要问题 |
1.4 主要研究内容、技术路线与创新点 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
1.4.3 主要创新点 |
第二章 浅埋与深埋硬岩车站考虑围岩爆破损伤效应对比分析 |
2.1 爆破损伤作用下浅埋/深埋围岩稳定性力学分析 |
2.1.1 浅埋/深埋界定方式 |
2.1.2 浅埋/深埋围岩爆破损伤力学模型 |
2.1.3 浅埋/深埋围岩开挖力学模型 |
2.1.4 爆破损伤效应对浅埋、深埋围岩稳定性的差异性影响分析 |
2.2 爆破损伤作用下浅埋/深埋围岩稳定性数值分析 |
2.2.1 浅埋车站爆破结果 |
2.2.2 深埋隧道爆破结果 |
2.2.3 塑性破坏区差异性分析 |
2.3 小结 |
第三章 浅埋大跨硬岩车站爆破损伤劣化机制分析 |
3.1 损伤因子表达式 |
3.1.1 损伤因子定义 |
3.1.2 考虑装药量条件的损伤因子推导 |
3.1.3 现场试验测试 |
3.2 浅埋硬岩爆破损伤半径分析 |
3.2.1 硬岩爆破特性分析 |
3.2.2 爆破损伤半径理论方程 |
3.2.3 爆破损伤半径现场测试 |
3.2.4 损伤半径理论-现场对比分析 |
3.3 小结 |
第四章 考虑爆破损伤效应的浅埋硬岩开挖稳定性数值分析 |
4.1 岩体本构模型 |
4.1.1 弹性法则 |
4.1.2 材料屈服及势函数表示 |
4.2 基于爆破应力波优化加载的爆破损伤后围岩参数确定 |
4.2.1 爆破应力波模型 |
4.2.2 爆破应力波作用下模型塑性区变化规律 |
4.3 浅埋硬岩车站爆破开挖稳定性分析 |
4.3.1 爆破开挖模型 |
4.3.2 不考虑爆破损伤初支拱盖法开挖结果分析 |
4.3.3 考虑爆破损伤初支拱盖法开挖结果分析 |
4.3.4 考虑爆破与不考虑爆破围岩差异性分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 考虑爆破损伤效应的浅埋硬岩开挖稳定性模型试验研究 |
5.1 模型试验设计 |
5.1.1 试验思路 |
5.1.2 相似理论及相似比尺 |
5.1.3 模型体围岩相似材料 |
5.1.4 模型试验系统 |
5.2 拱盖法爆破开挖围岩力学响应分析 |
5.2.1 围岩应力变化规律 |
5.2.2 围岩位移变化规律 |
5.2.3 初期支护应力变化规律 |
5.3 初支拱盖法爆破开挖围岩力学响应分析 |
5.3.1 围岩应力变化规律 |
5.3.2 围岩位移变化规律 |
5.3.3 初期支护应力变化规律 |
5.3.4 最危险开挖步分析 |
5.4 浅埋大跨硬岩车站开挖工法适用性分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 浅埋大跨硬岩车站稳定性评价方法及工程应用 |
6.1 浅埋大跨硬岩车站开挖稳定性评价方法 |
6.1.1 基于霍普金森压杆试验的围岩力学性质劣化程度确定方法 |
6.1.2 围岩有效承载厚度 |
6.1.3 有效岩跨比与开挖稳定性关系 |
6.2 工程应用 |
6.2.1 车站概况 |
6.2.2 现场监测设计 |
6.2.3 开挖数据分析 |
6.3 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 研究结论 |
7.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士期间发表的论文 |
博士期间获得奖励 |
博士期间授权及申请专利 |
博士期间参与的科研项目 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(2)爆破动力诱发裂隙岩体破坏突水机理与过程调控方法(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景与研究意义 |
1.1.1 选题背景 |
1.1.2 研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 突涌水灾变演化机理方面 |
1.2.2 爆破试验与模拟方法方面 |
1.2.3 防突安全厚度计算方面 |
1.2.4 隧道突涌水灾害控制方面 |
1.2.5 发展趋势与存在问题 |
1.3 主要内容与创新点 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 创新点 |
第二章 爆破冲击物理模拟试验与数值模拟方法 |
2.1 爆破冲击物理模拟试验方法 |
2.1.1 爆破动力模拟试验装置 |
2.1.2 爆破动力定量模拟方法 |
2.1.3 干燥裂隙扩展试验研究 |
2.2 爆破动力离散元数值模拟方法 |
2.2.1 爆破离散元模拟分析方法 |
2.2.2 爆破模拟参数取值与标定 |
2.2.3 二维裂隙扩展数值模拟结果 |
2.2.4 三维裂隙扩展数值模拟结果 |
2.3 裂隙扩展试验与模拟结果对比分析 |
2.3.1 单裂隙扩展对比分析 |
2.3.2 交叉裂隙扩展对比分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 爆破冲击下岩体裂隙水压内升机制 |
3.1 含水裂隙岩体爆破冲击模拟试验 |
3.1.1 含水裂隙动力损伤性能测试系统 |
3.1.2 爆破模拟试验设计与实施过程 |
3.2 爆破冲击下裂隙水压动态响应规律 |
3.2.1 单次爆破冲击下水压内升规律 |
3.2.2 水压内升机制影响因素分析 |
3.2.3 循环爆破作用下水压变化特征 |
3.3 爆炸冲击下应力波响应规律 |
3.3.1 能量特征与破裂信号分析 |
3.3.2 岩体震动速度响应规律 |
3.4 本章小结 |
第四章 爆破冲击下含水裂隙岩体变形机制 |
4.1 单次爆破冲击下裂隙岩体变形规律 |
4.1.1 爆破冲击下裂隙动态扩展规律 |
4.1.2 爆破冲击下动态应变变化特征 |
4.1.3 应变振荡变化影响因素分析 |
4.2 循环爆破作用下岩体损伤演化规律 |
4.2.1 循环爆破冲击下裂隙扩展规律 |
4.2.2 循环爆破冲击下应变变化规律 |
4.3 含水裂隙岩体动力破坏离散元模拟 |
4.3.1 含水裂隙扩展离散元模拟程序 |
4.3.2 含水裂隙岩体动力破坏模拟结果 |
4.3.3 循环爆破下裂隙扩展模拟分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 爆破扰动下裂隙岩体动力破坏突水机理 |
5.1 裂隙岩体渐进破坏应力-渗流耦合模型 |
5.1.1 细观破坏模型基本假定 |
5.1.2 裂隙岩体渐进破坏模型 |
5.1.3 模型论证分析与验证 |
5.2 裂隙岩体动力破坏突水临灾判据 |
5.2.1 含水裂隙动力破坏力学模型 |
5.2.2 含水裂隙拉剪破坏判据 |
5.2.3 含水裂隙压剪破坏判据 |
5.3 突涌水灾害演化过程分析 |
5.3.1 裂隙岩体渐进破坏过程 |
5.3.2 爆破扰动下防突结构破坏分区 |
5.4 本章小结 |
第六章 钻爆法隧道突涌水防突最小安全厚度 |
6.1 爆破冲击下围岩扰动破坏区范围 |
6.1.1 爆轰压力及应力波衰减规律 |
6.1.2 爆破冲击下扰动破坏区计算方法 |
6.1.3 围岩扰动破坏区范围影响因素分析 |
6.2 循环爆破作用下扰动破坏区范围 |
6.2.1 基于爆破扰动系数D的H-B准则修正 |
6.2.2 循环爆破作用下扰动破坏区计算方法 |
6.2.3 循环扰动破坏区影响因素分析 |
6.3 爆炸应力波作用下层裂破坏区范围 |
6.3.1 爆炸应力波反射作用机制 |
6.3.2 层裂破坏区范围计算方法 |
6.4 渗流作用下渗透破坏区范围 |
6.4.1 渗透破坏区范围计算方法 |
6.4.2 渗透破坏区范围影响因素分析 |
6.5 防突最小安全厚度计算分析 |
6.5.1 掌子面扰动破坏区计算验证 |
6.5.2 层裂破坏区与渗透破坏区计算验证 |
6.6 本章小结 |
第七章 爆破诱发突水灾害施工决策与过程调控 |
7.1 钻爆法隧道突水灾害控制决策指标 |
7.1.1 不良地质因素统计分析 |
7.1.2 爆破开挖施工信息分析 |
7.1.3 岩体多元信息指标分析 |
7.1.4 施工决策指标体系 |
7.2 隧道突涌水灾害安全施工决策方法 |
7.2.1 钻爆法隧道施工动态决策模型 |
7.2.2 决策指标综合权重确定方法 |
7.2.3 钻爆法隧道安全施工决策标准 |
7.3 钻爆法隧道突水灾害过程调控方法 |
7.3.1 突涌水灾害过程调控模型 |
7.3.2 爆破施工与防突性能调控因素分析 |
7.3.3 调控实施过程与调控措施 |
7.4 爆破诱发突水过程控制与工程验证 |
7.4.1 隧道工程基本概况 |
7.4.2 爆破施工调控结果分析 |
7.4.3 防突结构性能调控结果分析 |
7.4.4 突涌水动态调控验证分析 |
7.5 本章小结 |
第八章 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士期间参与的科研项目 |
博士期间发表的论文 |
博士期间申请的专利 |
博士期间获得的奖励 |
学位论文评痴及答辩情况表 |
(3)废弃矿井采空区覆岩裂隙导通机理及多尺度渗流特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 煤岩体力学特性及其变形破裂监测 |
1.2.2 覆岩破断力学机制及裂隙演化特征 |
1.2.3 裂隙面几何形貌特征及其渗流特性研究 |
1.2.4 裂隙煤体孔隙结构及其微观流动特性 |
1.2.5 采空区裂隙网络及其渗流特性研究 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
第2章 单轴压缩条件下煤岩体力学特性及破裂演化规律 |
2.1 试验试件及设备 |
2.1.1 试件制作 |
2.1.2 试验设备 |
2.1.3 试验流程 |
2.2 单轴压缩抗压强度及变形破坏特征 |
2.2.1 应力-应变曲线特征 |
2.2.2 单轴抗压强度 |
2.2.3 破坏模式 |
2.3 煤岩破裂过程中的声发射响应特征 |
2.3.1 破裂过程声发射能量分析 |
2.3.2 声发射事件分布特征空间演化 |
2.4 数字散斑全场应变及动态破裂过程分析 |
2.4.1 不同位置标记点变形规律 |
2.4.2 破裂过程变形场演化分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 覆岩破断裂隙通道形成机理及其形态特征 |
3.1 关键块体结构破断力学机制理论分析 |
3.1.1 力学模型的建立及边界条件的确定 |
3.1.2 模型内应力分量解析解 |
3.1.3 破裂迹线/塑性边界方程 |
3.2 主应力场及应变能密度分布特征算例分析 |
3.2.1 基准参数选取及计算过程 |
3.2.2 应力及应变分量分布特征分析 |
3.2.3 不同块体长度的应变能密度分布特征 |
3.3 裂隙通道形态及其张开度特征分析 |
3.3.1 破裂迹线形态特征分析 |
3.3.2 内聚力和内摩擦角对破裂迹线的影响 |
3.3.3 不同块体长度的破断裂隙张开度对比分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 三轴加卸载作用下原生裂隙岩体渗流特性研究 |
4.1 试验试件及流程 |
4.1.1 试件制备 |
4.1.2 加卸载渗流试验方案 |
4.1.3 试验系统及测试过程 |
4.2 裂隙岩体渗流特性分析 |
4.2.1 加载路径下渗透压对渗流特性的影响 |
4.2.2 卸载条件下围压对渗流规律的影响 |
4.3 岩石裂隙面三维形貌特征及渗流路径分析 |
4.3.1 三维几何形貌特征 |
4.3.2 裂隙面粗糙度参数定量分析 |
4.3.3 裂隙面优势渗流路径模拟分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 裂隙煤体三维重构及微细观渗流机理研究 |
5.1 试验概况 |
5.1.1 样品采集及试验设备 |
5.1.2 裂隙煤体三维重构过程 |
5.2 数字岩心微观孔裂隙结构特征 |
5.2.1 基于 CT 切片的裂缝分布特征 |
5.2.2 三维模型重构及过程分析 |
5.3 煤体孔裂隙结构及微细观渗流特性分析 |
5.3.1 裂隙单元体三维模型重构 |
5.3.2 裂隙单元体孔裂隙分布特征 |
5.3.3 裂隙单元体微观渗流模拟分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 废弃矿井采空区裂隙网络水气两相渗流特性研究 |
6.1 采空区覆岩裂隙分布特征 |
6.1.1 相似模拟实验过程 |
6.1.2 覆岩破断裂隙整体形态特征 |
6.1.3 采空区块体破断裂隙特征分析 |
6.2 基于图像识别的裂隙网络统计分析 |
6.2.1 覆岩裂隙提取过程 |
6.2.2 裂隙几何参数统计 |
6.2.3 统计结果分析 |
6.3 采空区裂隙网络水气两相渗流模拟 |
6.3.1 裂隙网络几何模型及计算流程 |
6.3.2 两相裂隙流控制方程与求解方法 |
6.3.3 水气两相渗流计算结果分析 |
6.4 结论 |
第7章 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(4)隧道块状节理岩体破坏前兆规律及块体垮塌监测预警方法(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩体结构探查与块体识别方面 |
1.2.2 节理岩体结构破坏过程分析方面 |
1.2.3 隧道围岩破坏监测预警方法方面 |
1.2.4 存在的问题与研究趋势 |
1.3 本文主要研究内容与创新点 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.3.3 创新点 |
第二章 “拉-压-剪”新型多功能岩石力学试验系统研发 |
2.1 节理岩体破裂的应力状态分析 |
2.2 岩桥破裂-岩块失稳灾变演化过程 |
2.3 “拉-压-剪”新型岩石力学试验系统 |
2.3.1 系统研制背景与设计思路 |
2.3.2 主体框架与新型试验装置 |
2.3.3 高精度液压伺服控制模块 |
2.3.4 数据实时采集与分析模块 |
2.3.5 试验机主要技术参数指标 |
2.4 试验系统可靠性验证分析 |
2.4.1 类岩石材料试样制备 |
2.4.2 试验过程与结果分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 不同应力状态非贯通节理岩体破坏行为分析 |
3.1 试验总体思路与监测方案设计 |
3.1.1 试验思路与节理岩样制备 |
3.1.2 声-光-热-力多参量监测方案 |
3.2 拉伸破坏行为与多参量信息演化特征 |
3.2.1 岩桥张拉破裂多参量监测分析 |
3.2.2 节理贯通度对抗拉强度影响规律 |
3.3 压剪破坏行为与多参量信息演化特征 |
3.3.1 岩桥压剪破裂多参量监测分析 |
3.3.2 节理贯通度对压剪强度影响规律 |
3.4 拉剪破坏行为与多参量信息演化特征 |
3.4.1 岩桥拉剪破裂多参量监测分析 |
3.4.2 节理贯通度对拉剪强度影响规律 |
3.5 本章小结 |
第四章 不同应力状态岩桥破断过程声发射演化特征分析 |
4.1 基于RFPA模拟的岩石破裂类型概述 |
4.2 不同破坏模式AE参数特征对比分析 |
4.2.1 计数与能量演化特征 |
4.2.2 幅值与b值演化特征 |
4.3 不同破坏模式AE波形特征对比分析 |
4.3.1 频谱分析与主频分布特征 |
4.3.2 主频信息熵值演化特征 |
4.4 基于RA-AF值的拉、剪裂纹识别方法 |
4.4.1 RA-AF值裂纹判别法 |
4.4.2 不同破坏模式裂纹演化分析 |
4.5 基于AE多参数的岩体安全状态综合判识 |
4.6 本章小结 |
第五章 基于GMM-SVM裂纹自动识别的岩桥破断预警判据 |
5.1 机器学习方法概述 |
5.2 GMM-SVM模型介绍 |
5.2.1 高斯混合模型(GMM) |
5.2.2 支持向量机(SVM) |
5.2.3 GMM-SVM裂纹识别流程 |
5.3 基于RA-AF值的拉、剪裂纹自动识别 |
5.3.1 拉、剪裂纹自动识别方法 |
5.3.2 岩桥临近破断自动预警判据 |
5.4 基于RA-AF值的拉、剪、复合裂纹自动识别 |
5.4.1 裂纹直接三分类法 |
5.4.2 基于似然比的改进三分类法 |
5.5 本章小结 |
第六章 基于固有振动频率监测的岩块失稳突变预警判据 |
6.1 隧道围岩块体振动模型 |
6.1.1 动力特征参数 |
6.1.2 块体失稳模式 |
6.1.3 块体振动模型 |
6.2 块体失稳物理模拟试验研究 |
6.2.1 试验总体思路与装置介绍 |
6.2.2 试验方案与试验过程介绍 |
6.2.3 块体失稳固有振动频率演化 |
6.2.4 块体滑动摩擦声发射参数演化 |
6.3 基于固有频率的块体突变失稳预警方法 |
6.3.1 突变基本理论 |
6.3.2 尖点突变模型 |
6.3.3 静荷载下块体失稳突变预警判据 |
6.3.4 动荷载下块体失稳突变预警判据 |
6.4 块体垮塌灾变“声-振”监测模式与预警流程 |
6.4.1 监测模式与预警流程设计 |
6.4.2 监测指标隧道应用可行性 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士期间参与的科研项目 |
攻读博士期间撰写的科技论文 |
攻读博士期间授权的发明专利 |
攻读博士期间获得的荣誉奖励 |
学位论文评阋及答辩情况表 |
(5)陕蒙深部矿区典型动力灾害发生机理及防治研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 绪论 |
2.1 课题来源、研究背景及意义 |
2.1.1 课题来源 |
2.1.2 研究背景 |
2.1.3 论文研究意义 |
2.2 国内外研究现状 |
2.2.1 冲击地压发生机理研究现状 |
2.2.2 冲击地压监测预警研究现状 |
2.2.3 冲击地压防治技术研究现状 |
2.2.4 矿震发生机理、预测及防治研究现状 |
2.3 主要存在及亟待解决的问题 |
2.4 课题研究内容及技术路线 |
2.4.1 主要研究内容 |
2.4.2 研究方法 |
2.4.3 技术路线 |
3 陕蒙深部矿区动力灾害特征及其分类 |
3.1 陕蒙深部矿区典型地质开采条件特征 |
3.1.1 陕蒙深部矿区地层条件 |
3.1.2 陕蒙深部矿区煤岩体冲击倾向性 |
3.1.3 陕蒙深部矿区现阶段开采设计概况 |
3.2 陕蒙深部矿区典型开采条件下动力灾害特征 |
3.3 陕蒙深部矿区覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.3.1 首采工作面开采边界条件下覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.3.2 沿空工作面开采边界条件下覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.3.3 两侧采空边界条件下覆岩结构演化特征与力源类型 |
3.4 陕蒙深部矿区动力灾害分类 |
3.5 本章小结 |
4 陕蒙深部矿井采动疏水应力叠加诱冲机理及其防治 |
4.1 采动疏水应力叠加诱冲案例分析 |
4.2 采动疏水应力叠加冲击地压力学模型 |
4.2.1 疏水对工作面支承压力的影响 |
4.2.2 推采速度对支承压力的影响 |
4.2.3 采动疏水应力叠加诱冲机制 |
4.3 疏水区开采冲击地压发生机制的相似材料模拟 |
4.3.1 相似材料模拟模型 |
4.3.2 相似模拟揭示的疏水后应力演化规律 |
4.4 采动疏水应力叠加冲击地压发生机制的数值模拟 |
4.4.1 数值模拟揭示的疏水前后应力分布规律 |
4.4.2 不同推采速度过疏水影响区支承压力分析 |
4.5 疏水前后221_上06工作面冲击危险区划分 |
4.5.1 221_上06工作面富水区疏水概况 |
4.5.2 221_上06工作面④号富水区疏水前冲击危险区划分 |
4.5.3 221_上06工作面④号富水区疏水后冲击危险区划分 |
4.5.4 221_上06工作面④号富水区疏水前后冲击危险区对比分析 |
4.6 采动疏水应力叠加冲击地压防治 |
4.6.1 疏水增压区的防治措施 |
4.6.2 疏水影响区域推采速度的动态调控 |
4.7 本章小结 |
5 陕蒙深部矿井宽区段煤柱应力叠加诱冲机理及其防治 |
5.1 陕蒙深部矿井宽区段煤柱诱冲案例分析 |
5.2 区段煤柱所处应力环境分析 |
5.2.1 不同埋深条件下宽区段煤柱应力环境分析 |
5.2.2 不同宽度条件下区段煤柱应力环境分析 |
5.3 宽区段煤柱诱发冲击地压机理研究 |
5.3.1 区段煤柱破坏分区 |
5.3.2 不同区段煤柱弹性核区宽度数值分析 |
5.3.3 宽区段煤柱应力演化规律 |
5.3.4 宽区段煤柱诱发冲击地压机理 |
5.4 区段煤柱诱发冲击地压防治与现场应用 |
5.4.1 理论计算和现场监测结果 |
5.4.2 已留宽区段煤柱冲击地压防治对策 |
5.4.3 宽区段煤柱诱发冲击地压防治措施现场实施方案 |
5.4.4 下阶段基于防冲的窄煤柱宽度设计 |
5.5 本章小结 |
6 陕蒙深部矿井隔离煤柱区硬岩破断型矿震机理 |
6.1 隔离煤柱区硬岩破断型矿震案例 |
6.1.1 工程地质概况 |
6.1.2 工作面现场矿震发生情况 |
6.2 隔离煤柱区硬岩破断型矿震发生机理 |
6.2.1 关键层挠度弯曲变形分析 |
6.2.2 采动引起的隔离煤柱压缩量分析 |
6.2.3 煤柱压缩量与关键层挠曲变形量关系分析 |
6.3 基于“冲击-矿震”协同控制的隔离煤柱宽度设计 |
6.4 数值模拟和现场监测分析验证 |
6.4.1 理论计算验证 |
6.4.2 数值模拟分析验证 |
6.4.3 微震监测分析验证 |
6.5 本章小结 |
7 结论 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 不足与展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)深部缓倾斜破碎金矿体顶板失稳机制及控制技术(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 文献综述 |
1.2.1 深部金属矿山节理岩体损伤研究现状 |
1.2.2 深部金属矿山矿岩稳定性分级研究现状 |
1.2.3 深部缓倾斜破碎矿体顶板支护及作用机理研究现状 |
1.2.4 深部缓倾斜破碎矿体围岩稳定性研究方法现状 |
1.3 主要研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 研究方法与技术路线 |
2 工程背景及岩石力学实验 |
2.1 鑫汇金矿概况 |
2.2 开采技术条件及三维模型 |
2.2.1 工程地质条件 |
2.2.2 采矿方法及三维模型 |
2.3 岩石力学室内试验研究 |
2.3.1 岩石抗拉强度实验 |
2.3.2 岩石单轴抗压实验 |
2.3.3 岩石三轴抗压实验 |
2.3.4 地应力测量 |
2.4 节理岩体损伤本构模型 |
2.4.1 节理岩体损伤演化规律 |
2.4.2 节理岩体损伤本构模型构建 |
2.4.3 损伤本构模型验证 |
2.4.4 损伤演化特征分析 |
2.5 本章小结 |
3 基于分形理论的破碎岩体稳定性分级 |
3.1 引言 |
3.2 破碎岩体分形理论 |
3.2.1 破碎岩体结构面分布特征 |
3.2.2 破碎岩体结构面分形维确定方法 |
3.2.3 节理几何参数对分形维影响分析 |
3.3 FT分级方法 |
3.3.1 FT分级法指标确定 |
3.3.2 FT分级法各指标评分值计算 |
3.3.3 FT分级法评价标准 |
3.4 工程应用 |
3.4.1 工程概况 |
3.4.2 节理监测区域确定 |
3.4.3 监测区域节理信息获取 |
3.4.4 基于FT分级法试验区域岩体稳定性分级 |
3.4.5 基于传统RMR分级法的试验区域岩体稳定性分级 |
3.4.6 FT分级法与传统RMR分级法结果对比分析 |
3.5 本章小结 |
4 深部缓倾斜破碎矿体顶板失稳机制研究 |
4.1 引言 |
4.2 方案设计及随机机理模型构建 |
4.2.1 计算方案设计 |
4.2.2 随机节理模型构建 |
4.3 模型力学参数及边界条件确定 |
4.3.1 模型力学参数选取 |
4.3.2 模型边界条件确定 |
4.4 破碎带厚度及矿体倾角对顶板稳定性的影响 |
4.4.2 牵引力分布规律 |
4.4.3 塑性区分布规律 |
4.4.4 顶板位移分布规律 |
4.5 支护作用对顶板位移规律的影响 |
4.6 本章小结 |
5 深部缓倾斜破碎矿体顶板长锚索锚固作用机理 |
5.1 引言 |
5.2 破碎矿体顶板锚固力学模型 |
5.2.1 破碎顶板锚固结构 |
5.2.2 无节理岩体抗剪切力分析 |
5.2.3 节理岩体摩擦阻力分析 |
5.2.4 顶板竖向挤压应力分析 |
5.2.5 顶板最小横向挤压力分析 |
5.3 锚索预紧力作用机理 |
5.3.1 预紧力作用下围岩剪应力分布 |
5.3.2 预紧力作用下围岩剪应力分布Mindlin位移解 |
5.3.3 预紧力与围岩相互作用关系 |
5.3.4 预紧力需求及影响因素分析 |
5.4 破碎顶板锚索支护设计 |
5.4.1 锚索锚固力要求 |
5.4.2 锚索锚固结构形式 |
5.4.3 锚索锚固力计算及影响因素分析 |
5.5 锚索锚固能力 |
5.5.1 锚索锚固能力定义 |
5.5.2 锚索锚固能力预测 |
5.6 本章小结 |
6 深部缓倾斜破碎矿体进路采场变形特性及长锚索控制技术 |
6.1 引言 |
6.2 3DEC模型构建及可靠性验证 |
6.3 参数对采场整体稳定性影响 |
6.3.1 结构参数对位移变化的影响 |
6.3.2 节理参数对位移变化影响 |
6.3.3 埋深及开挖对采场整体稳定性影响 |
6.4 参数敏感性分析 |
6.5 长锚索支护加固作用下采场变形规律 |
6.5.1 长锚索间距对采场位移的影响规律 |
6.5.2 长锚索排距对采场位移的影响规律 |
6.5.3 长锚索长度对采场位移的影响规律 |
6.6 本章小结 |
7 鑫汇金矿深部破碎矿体开采方案综合优选与应用 |
7.1 引言 |
7.2 上向水平进路充填采矿法回采方案设计 |
7.3 SPA-IVIFE-TOPSIS评价模型 |
7.3.1 基于博弈论的指标权重确定 |
7.3.2 集对分析理论(SPA) |
7.3.3 区间直觉模糊熵(IVIFE) |
7.4 采场参数综合评价 |
7.4.1 制定评价指标 |
7.4.2 计算联系度信息 |
7.4.3 各指标多属性权重 |
7.4.4 确定方案等级 |
7.4.5 区间直觉模糊多属性决策 |
7.5 采矿工业试验 |
7.5.1 试验采场概况 |
7.5.2 采场顶板支护 |
7.5.3 主要经济技术指标 |
7.6 试验采场关键部位位移和应力监测 |
7.6.1 钻孔应力计监测 |
7.6.2 收敛计监测 |
7.6.3 顶板下沉监测 |
7.7 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 全文结论 |
8.2 主要创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(7)深部隧洞施工开挖围岩—支护体系协同承载作用机理研究(论文提纲范文)
基金项目 |
变量注释表 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状综述 |
1.2.1 协同作用的理论解析 |
1.2.2 协同作用的数值分析 |
1.2.3 协同作用的试验研究 |
1.2.4 存在问题及不足 |
1.3 研究内容、创新点及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 创新点 |
1.3.3 技术路线 |
第二章 深部围岩力学特性与非线性强度模型研究 |
2.1 前言 |
2.2 室内物理力学试验 |
2.2.1 现场取样 |
2.2.2 试样制备 |
2.2.3 试验方法 |
2.3 物理力学试验结果分析 |
2.3.1 应力-应变曲线分析 |
2.3.2 变形特性分析 |
2.3.3 强度特性分析 |
2.3.4 破坏模式分析 |
2.4 深部围岩非线性强度模型 |
2.4.1 非线性强度模型的建立 |
2.4.2 模型程序的开发 |
2.4.3 模型程序的验证 |
2.5 本章小结 |
第三章 深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同作用力学模型 |
3.1 前言 |
3.2 岩石-混凝土界面力学试验 |
3.2.1 界面粗糙度的分形描述 |
3.2.2 界面法向力学试验 |
3.2.3 界面切向力学试验 |
3.3 岩石-混凝土界面非线性接触模型 |
3.3.1 法向非线性接触模型 |
3.3.2 切向非线性接触模型 |
3.3.3 两种围岩-混凝土界面接触模型的差异性 |
3.4 围岩-支护体系协同承载作用力学模型 |
3.4.1 协同承载作用力学模型的建立 |
3.4.2 协同承载作用力学模型的求解 |
3.4.3 算例分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 深部隧洞施工开挖围岩-支护体系协同作用数值分析 |
4.1 前言 |
4.2 围岩-支护体系协同承载作用数值计算方法 |
4.2.1 接触面约束条件 |
4.2.2 接触问题的有限元方程 |
4.2.3 围岩-衬砌界面接触模型程序开发 |
4.3 香炉山隧洞施工开挖数值计算 |
4.3.1 工程概况 |
4.3.2 计算条件 |
4.3.3 计算结果分析 |
4.3.4 围岩-支护体系协同承载分析 |
4.4 协同承载作用的多因素影响性分析 |
4.4.1 围岩-衬砌界面粗糙度的影响 |
4.4.2 隧洞埋深的影响 |
4.4.3 侧压力系数的影响 |
4.4.4 支护时机的影响 |
4.4.5 支护刚度的影响 |
4.4.6 多因素敏感性排序 |
4.5 本章小结 |
第五章 深部隧洞施工开挖围岩-支护协同作用物理模型试验 |
5.1 前言 |
5.2 模型试验相似条件 |
5.3 模型试验相似材料研制 |
5.3.1 围岩相似材料研制 |
5.3.2 衬砌相似材料研制 |
5.3.3 锚杆相似材料研制 |
5.3.4 砂浆相似材料研制 |
5.4 真三维地质力学模型试验 |
5.4.1 模型试验系统 |
5.4.2 模型试验方案设计 |
5.4.3 模型制作 |
5.4.4 模型开挖与支护 |
5.5 模型试验结果分析 |
5.5.1 围岩位移场和应力场变化规律 |
5.5.2 围岩-衬砌接触压力变化规律 |
5.5.3 锚杆轴力变化规律 |
5.5.4 围岩和支护结构分担荷载比例 |
5.5.5 围岩-支护协同承载作用机理分析 |
5.6 模型试验结果与数值模拟对比分析 |
5.6.1 围岩位移对比分析 |
5.6.2 围岩应力对比分析 |
5.6.3 接触压力对比分析 |
5.6.4 锚杆轴力对比分析 |
5.7 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 研究结论 |
6.2 研究展望 |
参考文献 |
博士期间取得的科研成果 |
博士期间参与的科研项目 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(8)纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述与研究内容 |
2.1 “深部”的科学界定 |
2.2 竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
2.3 岩爆机理及控制措施研究 |
2.3.1 岩爆机理研究现状 |
2.3.2 岩石冲击倾向性研究 |
2.3.3 岩爆防治措施研究 |
2.4 岩体能量理论研究 |
2.4.1 岩体储能特征研究 |
2.4.2 岩体能量耗散特征研究 |
2.4.3 深部岩体能量释放特征 |
2.5 声发射在围岩稳定性评价中的应用 |
2.5.1 声发射不可逆特征研究 |
2.5.2 声发射b值研究 |
2.5.3 岩石破裂前兆频谱特征分析 |
2.6 主要研究内容和技术路线 |
3 纱岭金矿主井地层完整性评价及地应力分布特征 |
3.1 纱岭金矿主井穿越地层完整性评价 |
3.2 地应力测量结果分析 |
3.2.1 地应力测量目的及意义 |
3.2.2 水压致裂地应力测量系统及测试过程 |
3.2.3 地应力测量结果分析 |
3.2.4 最大水平主应力方向分布特征 |
3.3 本章小结 |
4 纱岭金矿深部地层岩石力学性能与冲击危险性分析 |
4.1 岩样采集与制备 |
4.2 深部地层岩石细观结构特征 |
4.2.1 岩石矿物成分及结构形貌 |
4.2.2 深部地层岩石孔隙结构特征 |
4.3 单轴压缩作用下深部地层岩石力学性能试验研究 |
4.3.1 试验方案及力学特征 |
4.3.2 单轴压缩作用下声发射能量特征 |
4.3.3 深部岩石单轴压缩作用下裂纹扩展特征 |
4.3.4 深部地层岩石脆性强度特征 |
4.4 深部地层岩石三轴压缩作用下力学性能试验研究 |
4.4.1 试验方案及力学特征分析 |
4.4.2 三轴压缩作用下声发射时、频参数变异性 |
4.4.3 AE时间序列分形特征 |
4.5 深部地层岩石抗拉强度及加载速率效应试验研究 |
4.5.1 试样制备及试验方法 |
4.5.2 深部岩石抗拉强度加载速率效应 |
4.6 深部地层岩石动态冲击作用下力学特征 |
4.6.1 试验设备简介 |
4.6.2 动态力学特征 |
4.6.3 动态冲击下岩样破坏形态 |
4.7 循环加卸载作用下深部地层岩石力学性能及AE特征研究 |
4.7.1 循环加卸载试验方案 |
4.7.2 循环加载对岩体力学性能影响研究 |
4.7.3 不同围压下岩样扩容特征 |
4.7.4 深部地层岩石失稳破坏过程与AE信号相关性研究 |
4.8 不同深度地层岩石冲击危险性 |
4.8.1 冲击倾向性综合评价 |
4.8.2 不同埋深岩石冲击危险性 |
4.9 本章小结 |
5 深部地层岩石能量演化机制及失稳判据研究 |
5.1 单轴压缩作用下岩石储能能力随深度变化规律 |
5.2 三轴压缩作用下深部地层岩石储能特征 |
5.3 深部地层岩石能量演化机制 |
5.3.1 能量计算方法 |
5.3.2 能量演化及分配规律 |
5.3.3 不同应力水平作用下岩石冲击危险性 |
5.3.4 工程扰动能量响应特征 |
5.3.5 基于耗散能岩石损伤及失稳判据 |
5.4 深部地层岩石失稳破坏能量演化与AE信号相关性 |
5.4.1 岩石不可逆特征研究 |
5.4.2 声发射b值演化特征 |
5.4.3 循环加卸载累计振铃计数与应变关系研究 |
5.5 冲击载荷下深部花岗岩能量耗散特征 |
5.6 开挖扰动岩体能量路径探讨 |
5.7 本章小结 |
6 深竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
6.1 深竖井围岩稳定性评价指标 |
6.2 纱岭金矿主井深部地层开挖围岩稳定性 |
6.2.1 Hoek-Brown准则确定岩体参数 |
6.2.2 主井开挖位移场随深度变化特征 |
6.2.3 主井开挖应力场和塑性区随深度变化规律 |
6.3 不均匀地层对深部井筒稳定性影响 |
6.4 基于破坏接近度的围岩稳定性分析 |
6.5 不同深度地层能量场分布特征 |
6.6 主井深部地层危险区域综合分析及预测 |
6.7 主井深部地层围岩稳定性控制措施 |
6.8 本章小结 |
7 结论及创新点 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(9)初始应力状态下岩石爆破裂纹扩展的模型试验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
注释说明清单一 |
注释说明清单二 |
引言 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 深部岩体力学特性研究 |
1.2.2 岩石动态力学特性研究现状 |
1.2.3 相似材料的研究现状 |
1.2.4 深部围岩内爆破破岩特征研究 |
1.2.5 目前遇到的问题 |
1.3 本文主要研究工作 |
1.3.1 研究目的 |
1.3.2 研究内容与方法 |
1.3.3 研究技术路线 |
2 深部地质力学环境与岩石动态力学特性分析 |
2.1 深部的复杂地质力学环境 |
2.1.1 深部的“三高一扰动” |
2.1.2 深部的定义 |
2.1.3 深部岩体应力分布规律 |
2.2 初始应力对岩石静态强度及破坏的影响 |
2.3 初始应力状态下岩石的动态力学特性分析 |
2.3.1 引言 |
2.3.2 初始应力对岩石类材料的动态力学性能影响 |
2.3.3 初始应力状态下岩石类材料在冲击载荷作用下的破碎能量耗散特征 |
2.3.4 初始应力对岩石类材料的能量吸收特性影响 |
2.3.5 初始应力对岩石类材料破碎断裂能的影响 |
2.3.6 初始应力状态下岩石类材料分形维数与能量耗散的关系 |
2.4 本章小结 |
3 初始应力状态下岩石爆破破裂机理及其计算模型分析 |
3.1 岩石爆破破岩机理 |
3.1.1 岩石爆破作用的基本观点 |
3.1.2 岩石在炸药作用下发生破坏的物理过程 |
3.1.3 压碎区、裂隙区、震动区特性 |
3.1.4 压碎圈与裂隙圈半径计算 |
3.2 岩石爆破的理论模型 |
3.2.1 连续介质损伤力学 |
3.2.2 岩石爆破损伤模型 |
3.2.3 岩石爆破分形损伤模型 |
3.3 深部岩体爆破破裂机理分析 |
3.3.1 初始应力对岩石爆破裂纹扩展的影响 |
3.3.2 初始应力对爆破应力波传播的影响 |
3.3.3 初始地应力对爆破中区损伤范围的影响 |
3.3.4 初始地应力对爆破远区震动的影响 |
3.3.5 考虑初始地应力的岩石爆破破裂过程 |
3.4 本章小结 |
4 透明硬岩相似材料的研制及其动态力学性能 |
4.1 引言 |
4.2 制作透明类硬岩石材料的要求 |
4.2.1 透明 |
4.2.2 类岩石性 |
4.2.3 强度可调 |
4.3 透明岩石相似材料研制过程 |
4.3.1 原材料的选择 |
4.3.2 原料介绍 |
4.3.3 制作方法 |
4.4 透明硬岩相似材料的物理力学特性 |
4.4.1 透明性表征 |
4.4.2 单轴抗压强度测试 |
4.4.3 单轴抗拉强度测试 |
4.5 透明岩石材料的相似性分析 |
4.5.1 基本力学性能对比 |
4.5.2 破坏形式对比与分析 |
4.6 爆破模型试验的应用 |
4.6.1 试验设计 |
4.6.2 结果及分析 |
4.7 本章小结 |
5 透明岩石爆破相似模型试验设计 |
5.1 引言 |
5.2 模型试验装置简介 |
5.3 模型试验的相似性研究 |
5.3.1 相似的概念 |
5.3.2 相似三定理 |
5.3.3 模型试验相似准则 |
5.3.4 模型试验相似常数 |
5.4 模型试验方案 |
5.4.1 模型材料配比设计 |
5.4.2 爆破动力设计 |
5.4.3 应力加载设计 |
5.4.4 模型试验过程设计 |
5.4.5 模型试爆 |
5.5 本章小结 |
6 初始应力条件下透明岩石爆破相似模型试验 |
6.1 引言 |
6.2 单向荷载下爆破模型试验研究 |
6.2.1 试验描述 |
6.2.2 裂纹扩展结果与分析 |
6.2.3 爆炸应力波测试结果与分析 |
6.2.4 小结 |
6.3 双向等围压荷载下爆破模型试验研究 |
6.3.1 试验描述 |
6.3.2 裂纹扩展结果与分析 |
6.3.3 爆炸应力波测试结果与分析 |
6.3.4 小结 |
6.4 双向不等荷载下爆破模型试验研究 |
6.4.1 试验描述 |
6.4.2 裂纹扩展结果与分析 |
6.4.3 爆炸应力波测试结果与分析 |
6.4.4 小结 |
6.5 初始应力下不耦合系数对裂纹扩展影响的试验研究 |
6.5.1 试验描述 |
6.5.2 裂纹扩展结果与分析 |
6.5.3 爆炸应力波测试结果与分析 |
6.5.4 小结 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(10)围岩裂隙注浆加固体力学特性及破坏机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及目的意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 裂隙岩体力学性能研究现状 |
1.2.2 裂隙岩体注浆加固体力学特性 |
1.2.3 裂隙岩体注浆加固效果评价方法 |
1.2.4 相关研究存在的不足 |
1.3 主要研究内容 |
第二章 围岩裂隙岩体注浆加固试验系统及显着性分析 |
2.1 引言 |
2.2 研究参数选取与试验材料确定 |
2.2.1 几何参数选取 |
2.2.2 原岩材料选取 |
2.2.3 注浆材料选取 |
2.3 围岩裂隙岩体注浆加固试验系统 |
2.3.1 基本组成和工作原理 |
2.3.2 注浆驱动控制系统 |
2.3.3 压力稳定系统 |
2.3.4 注浆加固系统 |
2.3.5 轴向应变与压力控制系统 |
2.3.6 浆体空气及压力调节系统 |
2.4 力学特性试验与影响显着性分析 |
2.4.1 方案设计与试样制备 |
2.4.2 试验设计及主要仪器设备 |
2.4.3 力学试验结果及影响显着性分析 |
2.5 最优注浆材料确定 |
2.5.1 受压荷载作用下最优注浆材料 |
2.5.2 受拉荷载作用下最优注浆材料 |
2.6 本章小结 |
第三章 注浆加固体力学特性及裂纹扩展与破坏特征 |
3.1 裂隙几何参数对力学特性的影响规律 |
3.1.1 裂隙倾角对抗压强度影响 |
3.1.2 裂隙宽度对抗压强度影响 |
3.1.3 裂隙几何参数对力学特性的影响规律小结 |
3.2 注浆材料对力学特性的影响规律 |
3.3 注浆加固体裂纹萌生扩展破坏规律及其分形特征 |
3.3.1 注浆加固体裂纹扩展及破坏规律 |
3.3.2 裂隙倾角对加固体裂纹扩展及破坏规律影响 |
3.3.3 裂隙宽度对加固体裂纹扩展及破坏规律影响 |
3.3.4 裂纹扩展规律及破坏形态影响规律小结 |
3.4 注浆加固体破坏形态分形模型 |
3.4.1 盒分形维数模型 |
3.4.2 破坏碎块形态分形模型 |
3.4.3 破坏碎块空间形态分形模型 |
3.5 注浆加固体破坏形态分形特征及其规律 |
3.5.1 裂隙倾角对注浆加固体破坏形态分形维数影响规律 |
3.5.2 裂隙宽度对注浆加固体破坏形态分形维数影响 |
3.6 本章小结 |
第四章 注浆加固体破坏力学模型及破坏机理研究 |
4.1 注浆加固体试样破坏形态宏观力学模型 |
4.1.1 注浆加固体类压杆失稳破坏模型 |
4.1.2 注浆加固体剪切破坏力学模型 |
4.1.3 注浆加固体宏观力学模型规律 |
4.2 注浆加固体应力应变场演化机理 |
4.2.1 注浆加固体应变场演化规律分析 |
4.2.2 注浆加固体应力场演化规律分析 |
4.2.3 注浆加固体应力应变场演化规律 |
4.3 注浆加固体能量分配规律 |
4.3.1 注浆加固体能量分配规律 |
4.3.2 不同破坏模式注浆加固体能量分配规律 |
4.4 注浆加固体微裂纹断裂损伤模型研究 |
4.4.1 微裂纹断裂损伤模型的力学表示 |
4.4.2 注浆加固体微裂纹断裂损伤模型 |
4.5 注浆加固体微裂纹分布特征 |
4.5.1 类压杆失稳破坏微裂纹分布规律 |
4.5.2 剪切破坏微裂纹分布规律 |
4.5.3 注浆加固体微裂纹分布规律 |
4.6 注浆加固体失稳破坏机理 |
4.7 本章小结 |
第五章 应变速率对加固体力学特性影响规律研究 |
5.1 变应变速率荷载作用下对加固体力学特性影响 |
5.1.1 应变速率对应变变化的影响 |
5.1.2 应变速率对峰值应变与峰值强度的影响 |
5.1.3 应变速率对弹性模量的影响 |
5.2 变应变速率荷载作用下加固体应力应变场演化规律 |
5.3 变应变速率荷载作用下加固体能量演化及分配规律 |
5.3.1 能量演化规律 |
5.3.2 能量分配规律 |
5.4 注浆体微裂纹分布及破碎规律研究 |
5.4.1 微裂纹分形特征及碎块粒径分布特征规律 |
5.4.2 微裂纹分布规律 |
5.5 本章小结 |
第六章 裂隙岩体注浆加固后围岩等级评价及其应用 |
6.1 注浆后围岩等级评价体系研究 |
6.1.1 基于模糊层次分析法的RMR指标权重计算 |
6.1.2 基于模糊层次分析法的RMR围岩等级评价层次结构模型 |
6.1.3 基于模糊层次分析法的RMR围岩等级评价模型 |
6.1.4 基于模糊层次分析法的注浆后裂隙围岩等级评价模型 |
6.2 注浆加固后围岩等级评价 |
6.2.1 工程背景 |
6.2.2 注浆加固后力学性能 |
6.2.3 注浆加固后围岩等级评价 |
6.3 裂隙岩体隧道围岩变形监测 |
6.3.1 工程实测 |
6.3.2 模拟分析 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间的研究成果和发表的学术论文 |
四、地下开挖影响下岩体分形性质演化问题探讨(论文参考文献)
- [1]考虑围岩爆破损伤效应的浅埋大跨硬岩车站稳定性分析与应用[D]. 李卫. 山东大学, 2021(10)
- [2]爆破动力诱发裂隙岩体破坏突水机理与过程调控方法[D]. 屠文锋. 山东大学, 2021(11)
- [3]废弃矿井采空区覆岩裂隙导通机理及多尺度渗流特性研究[D]. 张纯旺. 太原理工大学, 2021(01)
- [4]隧道块状节理岩体破坏前兆规律及块体垮塌监测预警方法[D]. 胡杰. 山东大学, 2021(10)
- [5]陕蒙深部矿区典型动力灾害发生机理及防治研究[D]. 王博. 北京科技大学, 2021
- [6]深部缓倾斜破碎金矿体顶板失稳机制及控制技术[D]. 唐亚男. 北京科技大学, 2021(08)
- [7]深部隧洞施工开挖围岩—支护体系协同承载作用机理研究[D]. 任明洋. 山东大学, 2020
- [8]纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制[D]. 裴峰. 北京科技大学, 2020
- [9]初始应力状态下岩石爆破裂纹扩展的模型试验研究[D]. 葛进进. 安徽理工大学, 2020(07)
- [10]围岩裂隙注浆加固体力学特性及破坏机理研究[D]. 戎密仁. 石家庄铁道大学, 2020(04)