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特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究
被引量：
2
1
作者
李浩
唐世斌
+2 位作者
康志勤
杨栋
马立强
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期2615-2629,共15页
特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特...
特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特征。构建加卸载下拉、剪损伤演化方程,结合有效偏/球应力为基本变量的屈服准则与塑性势函数,得到完整岩块的塑性损伤本构;建立拉/剪、混合型加卸载过程中塑性位移与强度劣化关系,以平方拉剪应力与B-K准则为初始、完全断裂准则,形成非贯通裂隙断裂本构;提出岩块分离、压缩、剪切判据,结合实验数据建立离散块体间挤压、剪切摩擦本构与剪胀方程。基于质量/动量守恒、状态方程,并结合流体体积与浸没边界方法,形成裂隙岩体气−水二相流模拟理论。由此形成CFDEM数值计算程序,并将加卸载下塑性损伤、断裂、挤压/摩擦、流体属性分别赋予实体单元(岩块)、黏聚力单元(非贯通裂隙)、接触对(贯通裂隙)、欧拉单元(水和气)。根据宁武煤田北部矿区工程地质条件,建立特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应数值计算模型。结果表明:①CFDEM耦合程序及相应的理论模型可数值实现特厚煤层覆岩及底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及地下水在裂隙中运移;②模拟条件下特厚煤层含断层底板的采动裂隙包络线呈w形,最深处超过55 m位于断层及其上盘,最浅处23 m位于断层下盘,而无构造底板处的破坏深度为24~36 m,已导通奥灰含水层;③特厚煤层底板普遍出现二次破坏现象。表现为无构造底板在超前工作面处破坏深度为24.0~29.3 m,但在采空区内普遍增加至31.5~36.0 m;断层及其上盘在超前工作面处裂隙总开度为0.34~0.86 m,但在采空区内迅速增加至3.6 m,形成突水优势通道。④底板断层突水与顶板垮断联动效应的根源在于覆岩高位关键岩层垮断失稳、砌体梁下沉与二次断裂,并导致底板二次破坏,突水风险加剧。
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关键词
特厚煤层
底板断层突水
顶底板联动效应
CFDEM程序
微震实验
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职称材料
水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展
被引量：
44
2
作者
李根
唐春安
李连崇
《力学进展》
EI
CSCD
北大核心
2012年第5期593-619,共27页
坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏(灾变)的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度.阐述了岩石渗流--变形--破坏特性及机理研究的进程,侧重...
坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏(灾变)的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度.阐述了岩石渗流--变形--破坏特性及机理研究的进程,侧重于物理实验成果.综述了水岩耦合变形破坏过程分析模型和数值计算,特别是有限单元法处理裂纹的思路,并介绍了作者课题组近年来所取得的一些代表性成果.给出了当前理论(数值)研究中所面临的几个具体问题和挑战,并对今后研究工作进行了力所能及的展望.
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关键词
水岩耦合
变形破坏过程
岩石破裂
数值方法
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职称材料
岩石流/热固耦合下损伤演化并行分析系统及初步应用
被引量：
4
3
作者
李根
李连崇
+1 位作者
唐春安
唐世斌
《计算力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2012年第3期381-386,共6页
实现了可用于计算岩体在渗流场(H)、温度场(T)及应力场(M)等多场耦合作用下损伤(D)演化并行分析系统。详细论述了整体实现方案、线性方程组求解器、并行通信优化策略及针对不同场问题的高效处理方法。对测试模型HM和TM计算表明,在启动...
实现了可用于计算岩体在渗流场(H)、温度场(T)及应力场(M)等多场耦合作用下损伤(D)演化并行分析系统。详细论述了整体实现方案、线性方程组求解器、并行通信优化策略及针对不同场问题的高效处理方法。对测试模型HM和TM计算表明,在启动合理数目处理器时程序具有最佳性能,近线性加速比,效率在82%以上,默认精度下一次耦合计算千万自由度模型稳定在200s。对三维水压致裂过程和温度载荷引起的材料表面裂纹现象进行了数值计算,结果很好地反映客观规律,展示出该系统的广阔应用前景。
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关键词
HM/TM-D耦合
并行计算
区域分解
岩石破裂
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职称材料
题名
特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究
被引量：
2
1
作者
李浩
唐世斌
康志勤
杨栋
马立强
机构
太原理
工大
学原位改性采矿教育部重点实验室
大连理工大学土木工程学院岩石破裂与失稳研究所
中国矿业
大学
矿业
工程
学院
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第6期2615-2629,共15页
基金
国家自然科学基金资助项目(42102310)
山西省基础研究计划资助项目(20210302123106)
陕西省煤矿水害防治技术重点实验室开放基金资助项目(2021SKMS03)。
文摘
特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特征。构建加卸载下拉、剪损伤演化方程,结合有效偏/球应力为基本变量的屈服准则与塑性势函数,得到完整岩块的塑性损伤本构;建立拉/剪、混合型加卸载过程中塑性位移与强度劣化关系,以平方拉剪应力与B-K准则为初始、完全断裂准则,形成非贯通裂隙断裂本构;提出岩块分离、压缩、剪切判据,结合实验数据建立离散块体间挤压、剪切摩擦本构与剪胀方程。基于质量/动量守恒、状态方程,并结合流体体积与浸没边界方法,形成裂隙岩体气−水二相流模拟理论。由此形成CFDEM数值计算程序,并将加卸载下塑性损伤、断裂、挤压/摩擦、流体属性分别赋予实体单元(岩块)、黏聚力单元(非贯通裂隙)、接触对(贯通裂隙)、欧拉单元(水和气)。根据宁武煤田北部矿区工程地质条件,建立特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应数值计算模型。结果表明:①CFDEM耦合程序及相应的理论模型可数值实现特厚煤层覆岩及底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及地下水在裂隙中运移;②模拟条件下特厚煤层含断层底板的采动裂隙包络线呈w形,最深处超过55 m位于断层及其上盘,最浅处23 m位于断层下盘,而无构造底板处的破坏深度为24~36 m,已导通奥灰含水层;③特厚煤层底板普遍出现二次破坏现象。表现为无构造底板在超前工作面处破坏深度为24.0~29.3 m,但在采空区内普遍增加至31.5~36.0 m;断层及其上盘在超前工作面处裂隙总开度为0.34~0.86 m,但在采空区内迅速增加至3.6 m,形成突水优势通道。④底板断层突水与顶板垮断联动效应的根源在于覆岩高位关键岩层垮断失稳、砌体梁下沉与二次断裂,并导致底板二次破坏,突水风险加剧。
关键词
特厚煤层
底板断层突水
顶底板联动效应
CFDEM程序
微震实验
Keywords
ultra-thick coal seam
water inrush from floor faults
linkage effect of roof and floor
CFDEM program
micro-seismic experiment
分类号
TD745 [矿业工程—矿井通风与安全]
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职称材料
题名
水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展
被引量：
44
2
作者
李根
唐春安
李连崇
机构
中山
大学
工
学院
岩土
工程
与信息技术
研究
中心
中山
大学
工
学院
应用力学与
工程
系
大连理工大学土木工程学院岩石破裂与失稳研究所
出处
《力学进展》
EI
CSCD
北大核心
2012年第5期593-619,共27页
基金
国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB013503)
国家自然科学基金项目(41030747
+3 种基金
41102181
51079017
50820125405
51121005)资助~~
文摘
坝址水力劈裂、煤矿和隧道突水以及水力压裂工程都是岩体损伤演化积累诱发破坏(灾变)的过程,然而能否正确认识和评价这些过程取决于人们对水岩耦合变形破坏过程和机理的研究程度.阐述了岩石渗流--变形--破坏特性及机理研究的进程,侧重于物理实验成果.综述了水岩耦合变形破坏过程分析模型和数值计算,特别是有限单元法处理裂纹的思路,并介绍了作者课题组近年来所取得的一些代表性成果.给出了当前理论(数值)研究中所面临的几个具体问题和挑战,并对今后研究工作进行了力所能及的展望.
关键词
水岩耦合
变形破坏过程
岩石破裂
数值方法
Keywords
water-rock coupling, deformation and failure process, rock failure, numerical methods
分类号
O241 [理学—计算数学]
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职称材料
题名
岩石流/热固耦合下损伤演化并行分析系统及初步应用
被引量：
4
3
作者
李根
李连崇
唐春安
唐世斌
机构
大连理工大学土木工程学院岩石破裂与失稳研究所
长江科
学院
水利部岩土力学与
工程
重点实验室
出处
《计算力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2012年第3期381-386,共6页
基金
国家自然科学基金(50909013
50820125405
+1 种基金
50804006)
国家重点基础研究发展计划(973)(2011CB710603)资助项目
文摘
实现了可用于计算岩体在渗流场(H)、温度场(T)及应力场(M)等多场耦合作用下损伤(D)演化并行分析系统。详细论述了整体实现方案、线性方程组求解器、并行通信优化策略及针对不同场问题的高效处理方法。对测试模型HM和TM计算表明,在启动合理数目处理器时程序具有最佳性能,近线性加速比,效率在82%以上,默认精度下一次耦合计算千万自由度模型稳定在200s。对三维水压致裂过程和温度载荷引起的材料表面裂纹现象进行了数值计算,结果很好地反映客观规律,展示出该系统的广阔应用前景。
关键词
HM/TM-D耦合
并行计算
区域分解
岩石破裂
Keywords
HM/TM-D coupling
parallel computation
domain decomposition
rock failure
分类号
O346.5 [理学—固体力学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究
李浩
唐世斌
康志勤
杨栋
马立强
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
2
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
水岩耦合变形破坏过程及机理研究进展
李根
唐春安
李连崇
《力学进展》
EI
CSCD
北大核心
2012
44
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
岩石流/热固耦合下损伤演化并行分析系统及初步应用
李根
李连崇
唐春安
唐世斌
《计算力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2012
4
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