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层理铁矿石剪切力学性能试验研究
1
作者 汪昕 幸安康 +4 位作者 曾子强 姜祎 徐建宇 王晓南 刘造保 《岩土力学》 北大核心 2025年第4期1039-1048,共10页
陡倾薄层状矿体在开挖扰动下,易呈现高切向应力导致边墙弯折破断或弯曲内鼓破坏,破坏模式与层理岩体的力学性质紧密相关。为研究思山岭铁矿层状矿体在剪切破坏过程中的变形和强度性质及破坏特征,开展不同层理倾角和围压下层状岩石三轴... 陡倾薄层状矿体在开挖扰动下,易呈现高切向应力导致边墙弯折破断或弯曲内鼓破坏,破坏模式与层理岩体的力学性质紧密相关。为研究思山岭铁矿层状矿体在剪切破坏过程中的变形和强度性质及破坏特征,开展不同层理倾角和围压下层状岩石三轴剪切试验。试验结果表明:思山岭层理铁矿石试样的峰值强度、轴向和环向变形、破坏模式受围压和层状节理角度影响显著。层理角度的增加使得试样抗剪强度呈现先增加后减小的趋势,轴向变形和环向变形呈现波浪形变化;围压的增加使得试样峰值剪切强度有显著的提高,轴向剪切位移也有增加的趋势,环向变形呈减小的趋势。层理铁矿石试样的破坏模式受层理倾角和围压控制,在层理倾角为0°和30°时,试样发生以应力控制型为主的破坏;层理倾角为45°时,试样发生应力-结构控制型的破坏;层理倾角为60°和90°时,试样发生以结构控制型为主的破坏。最后基于试验结果,给出了同时考虑中主应力和矿石层理倾角的破坏判据,研究结果可为思山岭铁矿的采场和支护设计提供重要支撑。 展开更多
关键词 层理倾角 围压 强度 变形 破坏模式
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煤矿坚硬顶板灾害水力压裂防治技术监测及评估 被引量：6
2
作者 石垚 雷瀚 +1 位作者 杨新路 徐世达 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期122-130,共9页
水力压裂技术具备安全性好、施工工艺简单的优点,被广泛应用于煤层坚硬顶板灾害治理。但由于岩体的不均质性,压裂孔周围裂隙网络扩展规律复杂,水力压裂裂纹监测精度低,压裂效果评估难度大。针对上述问题,通过对比分析常见水力压裂监测... 水力压裂技术具备安全性好、施工工艺简单的优点,被广泛应用于煤层坚硬顶板灾害治理。但由于岩体的不均质性,压裂孔周围裂隙网络扩展规律复杂,水力压裂裂纹监测精度低,压裂效果评估难度大。针对上述问题,通过对比分析常见水力压裂监测方法及监测方案的差异,揭示微震监测技术的优越性,并对水力压裂效果评估技术进行了讨论。研究表明,微震监测技术具有监测范围广、灵敏度高、连续性好的优点;地面监测、井下监测、联合监测等微震监测方法适用工况不同,监测精度相差较大,应根据现场工程布置与实际岩层条件选取合适的监测方法。坚硬顶板水力压裂效果评估多采用裂缝发育长度、来压步距等间接指标,基于微震参变量直接指标的效果评估相对较少。在此基础上,提出了水力压裂效果评估精细化的发展建议。研究成果对开展坚硬顶板水力压裂现场监测、优化坚硬顶板水力压裂工程设计具有重要指导意义。 展开更多
关键词 坚硬顶板 水力压裂 裂纹 微震监测
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基于JAVA和MATLAB混合编程的堆石坝瞬变-流变参数反演分析
3
作者 吴浩东 狄圣杰 +2 位作者 张玉 黄鹏 刘静 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第4期71-76,83,共7页
利用现场监测数据对堆石坝瞬变-流变参数进行反演分析对于确保坝体的安全稳定至关重要。针对堆石坝瞬变-流变模型,采用MATLAB中经过训练的神经网络来描述瞬变-流变参数和变形之间的映射关系,利用JAVA编程遗传算法来寻找最优瞬变-流变参... 利用现场监测数据对堆石坝瞬变-流变参数进行反演分析对于确保坝体的安全稳定至关重要。针对堆石坝瞬变-流变模型,采用MATLAB中经过训练的神经网络来描述瞬变-流变参数和变形之间的映射关系,利用JAVA编程遗传算法来寻找最优瞬变-流变参数,以此建立了瞬变-流变参数的智能反演算法组合,并基于JAVA与MATLAB混合编程实现了瞬变-流变参数反演程序化,在西北某水电站面板堆石坝工程中得到应用和检验。结果表明,基于反演参数计算得到的计算沉降与实测沉降相对误差最大为4.33%,二者的时程曲线吻合较好,堆石坝变形在合理范围内并趋于稳定。研究成果满足精度和工程要求,可为堆石坝瞬变-流变参数反演提供一定的参考。 展开更多
关键词 堆石坝 瞬变-流变参数反演 混合编程 遗传算法 神经网络
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预应力膨胀支柱支护的进路式采场跨度扩大技术 被引量：3
4
作者 李坤蒙 于鹏飞 +1 位作者 姜凯元 李元辉 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1604-1611,共8页
为提高矿石产能,研发上向进路充填采矿法采场跨度扩大技术.通过数值模拟可知,相比于原岩矿柱,膨胀支柱支护条件下采场顶板垂直变形增加10 mm,塑性区体积增加15.8 m^(3).而相比于无支护,膨胀支柱支护可限制采场顶板最大垂直位移13 mm和... 为提高矿石产能,研发上向进路充填采矿法采场跨度扩大技术.通过数值模拟可知,相比于原岩矿柱,膨胀支柱支护条件下采场顶板垂直变形增加10 mm,塑性区体积增加15.8 m^(3).而相比于无支护,膨胀支柱支护可限制采场顶板最大垂直位移13 mm和减少塑性区体积160.1 m^(3).开展现场工业性试验,监测膨胀支柱承载力与采场顶板垂直变形.采场顶板变形和膨胀支柱承载力随间柱回采不断增大,支柱的最大承载力不超过655.6 kN,采场顶板最大下沉量不超过10 mm.从技术经济效益分析,试验采场利润约达26.7万元,采场跨度从3 m扩大至9 m,矿石回采率提高30%. 展开更多
关键词 膨胀支柱 进路充填采矿法 采场跨度 顶板变形 支柱承载
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循环剪切作用下含可燃冰砂土-开采井界面强度弱化细观机制
5
作者 张玉 侯劲宇 +2 位作者 栾雅琳 陶子卓 李建威 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期91-100,共10页
含可燃冰砂土呈现埋藏浅、未成岩和强度低的特性。波浪循环荷载作用下含可燃冰砂土-开采井界面弱化特征显著,直接影响井口稳定。采用离散元方法,通过设置波浪循环荷载引起的井筒运动,研究含可燃冰砂土-开采井界面循环剪切力学特性,并从... 含可燃冰砂土呈现埋藏浅、未成岩和强度低的特性。波浪循环荷载作用下含可燃冰砂土-开采井界面弱化特征显著,直接影响井口稳定。采用离散元方法,通过设置波浪循环荷载引起的井筒运动,研究含可燃冰砂土-开采井界面循环剪切力学特性,并从细观角度揭示界面宏观弱化机制。结果表明:可燃冰赋存导致含可燃冰砂土-开采井界面呈显著的强度弱化及剪胀体变特征,且可燃冰饱和度越高,弱化及剪胀越显著;原因在于近井区域含可燃冰砂土在循环剪切作用下形成胶结失效区域,大部分颗粒失去胶结约束,同时少部分胶结未失效的可燃冰颗粒与邻近颗粒形成较大粒径团簇,这些颗粒和团簇翻滚错动且无法充分传递荷载,导致界面产生强度弱化和剪胀体变;法向应力与剪切振幅的增大均会加剧界面试样可燃冰颗粒的胶结失效发展,强度弱化现象更为严重。 展开更多
关键词 含可燃冰砂土-开采井界面 循环剪切 界面弱化 胶结作用 离散元
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砂床基础沉降作用下覆土卧罐安全性测试平台
6
作者 张玉 丁晓琳 +2 位作者 栾雅琳 刘振学 赵青松 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第2期193-199,共7页
卧式储罐常用于油气、危化品的储存,储罐覆土后可减少介质蒸发损耗、缩小与周围临近设施的安全间距,可有效降低爆炸冲击、碎片飞溅产生的破坏,该技术在石油化工行业应用较广。鉴于基础沉降、土体塌陷等地质灾害因素,以及覆土厚度、覆土... 卧式储罐常用于油气、危化品的储存,储罐覆土后可减少介质蒸发损耗、缩小与周围临近设施的安全间距,可有效降低爆炸冲击、碎片飞溅产生的破坏,该技术在石油化工行业应用较广。鉴于基础沉降、土体塌陷等地质灾害因素,以及覆土厚度、覆土边坡角度等工程建设因素均会影响覆土式卧罐的安全施工和运行维护,因此设计研制了砂床基础沉降作用下覆土式卧罐安全性测试平台。该平台可模拟卧罐在不同覆土厚度及边坡角度状态下的应变变化,也可模拟砂床基础的不同沉降长度和高度对卧罐安全性的影响;通过该测试平台可直接观测覆土的沉降位移,能够准确测定卧罐的应变以及罐周土压力,为研究卧罐在砂床基础沉降作用下的安全性提供依据。该平台依托于实际工程背景,兼顾工程实际与科研教学,为师生的科研创新提供了新的平台。 展开更多
关键词 卧罐安全 覆土式卧罐 基础沉降 测试平台
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基于金属丝电爆炸的岩石爆破教学实验平台设计及应用 被引量：1
7
作者 高继开 姜涵钧 +2 位作者 王秀龙 张凤鹏 彭建宇 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第11期146-152,共7页
由于化学炸药使用受限,高校缺少岩石爆破实验平台,无法开展相关教学实验。该文设计了基于金属丝脉冲电爆炸的岩石爆破教学实验平台,并使用超高速摄像和数字散斑技术精细化监测岩石爆破超动态过程。平台由高压脉冲发生系统、触发控制系... 由于化学炸药使用受限,高校缺少岩石爆破实验平台,无法开展相关教学实验。该文设计了基于金属丝脉冲电爆炸的岩石爆破教学实验平台,并使用超高速摄像和数字散斑技术精细化监测岩石爆破超动态过程。平台由高压脉冲发生系统、触发控制系统、安全接地系统与超动态应变场非接触监测系统组成。平台使用负载金属丝相变产生千兆帕量级的冲击波破碎岩石,通过改变负载端金属丝的几何形态可模拟球状药包和柱状药包爆破破岩试验;超高速摄像与数字散斑技术将岩石爆破超动态破坏过程可视化。与传统化学爆破试验相比,该实验平台操作简单、安全可靠且精准可控,有助于提升岩石爆破教学效果与学生科研创新能力。 展开更多
关键词 岩石爆破 电爆炸 高速摄像 数字散斑 教学实验平台
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岩石脆性破坏全过程的准态基近场动力学方法 被引量：2
8
作者 刘造保 田锋 周金鑫 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1395-1410,共16页
近场动力学(peridynamics,PD)作为一种新兴方法,正展现出成为一种分析复杂岩体力学响应方法的巨大潜力.然而,键基近场动力学与连续介质力学联系薄弱,缺乏对岩石多类型断裂模式和峰后行为的处理能力,而且接触-摩擦模型严重简化.为此,提... 近场动力学(peridynamics,PD)作为一种新兴方法,正展现出成为一种分析复杂岩体力学响应方法的巨大潜力.然而,键基近场动力学与连续介质力学联系薄弱,缺乏对岩石多类型断裂模式和峰后行为的处理能力,而且接触-摩擦模型严重简化.为此,提出了一种准态基近场动力学方法.首先,通过基于键型区分的力密度计算方法,实现了键的应力张量计算,加深了其与连续介质力学的联系;然后,提出了一种通用式的断裂准则引入思路,推导了一种适于当前理论的单直线型虚拟裂缝模型,实现了对岩石多类型脆性破坏的全过程模拟;最后,通过粒子网格孪生算法,实现了不同介质状态的物质点和孪生网格的同步处理,通过势函数和库伦摩擦定律,实现了对各类接触情形和接触程度的准确判断和表征,并增加了考虑摩擦系数的摩擦力密度计算.已有算例表明,模拟结果与实验结果的吻合程度很高.这使得完善后的近场动力学的近场动力学处理非连续介质形成-演化过程的能力得到了有效提升,扩充了原有的理论框架和适用范围. 展开更多
关键词 近场动力学 脆性岩石 断裂模式 虚拟裂缝模型 接触-摩擦模型
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三向应力作用下砂岩结构面摩擦特性
9
作者 王者超 赵金萌 +2 位作者 乔丽苹 闵忠顺 李晓光 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期2188-2197,共10页
目前,在实验室中研究岩石结构面摩擦性质的实验大多只在受法向应力和剪切应力的受力状态下进行。然而实际工程中的受力状态为真三向应力状态,也就是同时受3个方向不相等的法向应力、侧向应力和剪切应力的受力状态。因此,我们进行了同时... 目前,在实验室中研究岩石结构面摩擦性质的实验大多只在受法向应力和剪切应力的受力状态下进行。然而实际工程中的受力状态为真三向应力状态,也就是同时受3个方向不相等的法向应力、侧向应力和剪切应力的受力状态。因此,我们进行了同时受法向应力、侧向应力和剪切应力的双剪结构面摩擦实验,来研究真三向应力下岩石结构面的摩擦特性。岩石结构面摩擦特性包括摩擦系数和摩擦系数降。实验结果分析了侧向应力、剪切速率、剪切位移对摩擦系数、摩擦系数降的影响。分析得到摩擦系数随侧向应力增大而增大,随剪切位移增大而减小;剪切速率1μm·s^(-1)阶跃到10μm·s^(-1),摩擦系数随剪切速率增大而减小,剪切速率10μm·s^(-1)阶跃到100μm·s^(-1),摩擦系数随剪切速率增大而增大;摩擦系数降与剪切位移无关,随侧向应力增加而减小;摩擦系数降在剪切速率10μm·s^(-1)时最大。该方法设计的岩石结构面摩擦实验更符合实际工程受力状态,因此得到的实验结果对了解实际工程结构面摩擦特性更有指导意义。 展开更多
关键词 结构面摩擦特性 侧向应力 剪切速率 剪切位移 摩擦系数
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超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置研制及应用 被引量：1
10
作者 石磊 张希巍 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2161-2169,共9页
为研究超深部岩芯的变形与破裂行为,研制了超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置。该装置主要用于测试超深钻岩芯加工的试样(25 mm×25 mm×50 mm)在真三轴应力下的全应力-应变行为、循环加卸载破裂行为和时效变形行为,解决了试样... 为研究超深部岩芯的变形与破裂行为,研制了超深钻岩芯地质环境真三轴试验装置。该装置主要用于测试超深钻岩芯加工的试样(25 mm×25 mm×50 mm)在真三轴应力下的全应力-应变行为、循环加卸载破裂行为和时效变形行为,解决了试样变形测量不准确、加载系统低刚度、高油压与作动器压力互相干涉等技术难题。利用该装置完成了山东黄金集团三山岛金矿西岭副井工勘孔岩芯真三轴应力下力学行为的测试,发现:循环加卸载弱化了试样的脆性破裂特征,诱导3个方向的变形表现出各向异性;分级蠕变试验中,试样3个方向的变形均表现出初始蠕变、稳态蠕变、加速蠕变,且3个方向的蠕变速率均随偏应力的增加近似线性增加。 展开更多
关键词 超深钻岩芯 真三轴试验 全应力-应变 循环加卸载 时效破坏
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