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深部工作面上盘开采的断层煤柱应力演化特征分析 被引量：2
1
作者 袁健博 万晓 +3 位作者 刘志刚 贾海宾 尚文政 杨田田 《矿业安全与环保》 北大核心 2024年第6期106-111,共6页
为了研究断层煤柱应力演化特征,确定断层应力阻隔影响范围,采用理论分析、数值模拟和现场监测的方法,分别研究了断层煤柱应力、断层煤柱应力的演化特征和微震演化特征。研究结果表明,2304工作面受超前支承应力影响的塑性区范围为40.68 m... 为了研究断层煤柱应力演化特征,确定断层应力阻隔影响范围,采用理论分析、数值模拟和现场监测的方法,分别研究了断层煤柱应力、断层煤柱应力的演化特征和微震演化特征。研究结果表明,2304工作面受超前支承应力影响的塑性区范围为40.68 m;断层构造应力与工作面超前支承应力叠加,回采2304工作面距FL6断层40 m处出现明显应力集中现象;FL6断层存在明显应力阻隔现象,下盘煤层距离FL6断层附近出现6~8 m的应力降低区;断层区域实施诱能爆破,在诱能期间FL6断层附近监测到小能量事件,FL6断层内部能量得到充分释放;2304工作面回采期间并未出现大能量事件,断层区域诱能爆破和大直径钻孔卸压措施起到了预卸压作用,保证了2304工作面安全生产。 展开更多
关键词 深部工作面 上盘开采 断层煤柱 应力演化 应力阻隔 微震演化 爆破诱能
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泥石浆型复杂破碎岩体非线性渗流数学模型与实验研究 被引量：3
2
作者 刘伟韬 赵吉园 +4 位作者 霍志超 杨春辉 韩梦珂 吴海凤 李蓓蓓 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期46-59,共14页
断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破... 断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破碎岩体非线性渗流规律,并基于多孔介质分形理论、非线性渗流理论,建立了考虑黏土成分及泥化充填作用的破碎岩体非线性渗流数学模型,最后与实验结果对比验证数学模型的准确性。结果表明:①陷落柱破碎带样品的粒度分布具有一定的分形规律,含有黏土颗粒的破碎带岩体遇水泥化后,分形维数增大,黏土充填封堵了大颗粒岩石碎块内部的大孔隙,降低了破碎岩体的渗透性;②随着破碎带岩体渗透率的降低,非线性开始发生时的临界压力梯度也增大,表明非线性临界压力梯度可以用来量化破碎岩体的阻隔水能力;③非线性开始发生时的临界压力梯度的实验结果与数学模型计算结果吻合,验证了模型的准确性。建立的破碎岩体非线性渗流数学模型首次尝试考虑了黏土成分及泥化充填作用对渗透性的影响,为泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的定量计算及水体下、承压水上等特殊开采条件下地质构造的阻隔水性能研究提供了一种新的研究思路。 展开更多
关键词 破碎岩体 特殊开采 非线性渗流 多孔介质 渗流实验
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冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性研究
3
作者 石浩 张后全 +3 位作者 宋雷 李明 林钢 陆鹏举 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期274-286,共13页
研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、... 研究冲击方向影响下“天然”破裂砂岩强度特性保障地下工程结构的长效稳定具有重要意义。首先通过双轴压缩模拟试验获取“天然”分布的裂隙,并分析不同围压下裂隙的分布特征;然后,对“天然”分布裂隙进行提取,对其整体旋转0、90°、180°及270°并移植至SHPB(split hopkinson pressure bar)颗粒流数值模型;最后,通过模拟动力加载研究“天然”破裂砂岩的冲击强度与双轴压缩强度、裂隙分布信息、冲击方向等因素之间的对应关系。结果显示:1)当双轴压缩围压较低时,试件滑移面相对清晰;随着围压的增加,滑移面的识别难度加大。2)随着双轴压缩轴压水平及围压的增加,试件冲击强度及其对应的时间基本均呈减小趋势;冲击强度大于20 MPa的试件,其应力–时间曲线在峰前弹性阶段的切线斜率基本一致。3)当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向垂直时,裂隙数量对冲击强度的影响更显著;当冲击方向与双轴压缩最大主应力方向平行时,裂隙数量对冲击强度的影响相对较弱。4)为深入分析裂隙数量对试件冲击强度的影响,提出分布裂隙数量反值的概念;在不同冲击方向下,分布裂隙数量反值与冲击强度随试件双轴压缩强度的变化基本同步。5)冲击强度对冲击方向的依赖性与宏观破裂面具有重要关联;宏观破裂面的存在能够有效阻隔应力在试件中的传递,从而在不同冲击方向下改变冲击应力的传播路径及范围。 展开更多
关键词 冲击方向 “天然”分布裂隙 强度特性 颗粒流数值模拟 裂隙提取、旋转及移植
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基于原岩随钻振动信号的岩石单轴抗压强度快速预测试验研究
4
作者 刘河清 刘建康 +4 位作者 郝建 郑义宁 肖勇 胡慧 栾学坤 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第8期1700-1710,共11页
为了揭示随钻振动信号与岩石单轴抗压强度之间的响应关系,实现单轴抗压强度的快速感知预测,基于随钻振动信号提出了混合遗传算法优化(GA-BP)的单轴抗压强度人工神经网络快速预测方法。运用傅里叶变换及数学运算提取花岗岩、石灰岩、页... 为了揭示随钻振动信号与岩石单轴抗压强度之间的响应关系,实现单轴抗压强度的快速感知预测,基于随钻振动信号提出了混合遗传算法优化(GA-BP)的单轴抗压强度人工神经网络快速预测方法。运用傅里叶变换及数学运算提取花岗岩、石灰岩、页岩、砂岩和煤5种原岩(煤)振动信号时域、频域的特征值,构建不同神经网络预测模型并分析比较各模型的预测性能。研究结果表明:经遗传算法优化的GA-BP神经网络模型决定系数R2为0.778,较之BP神经网络模型提升了9.4%;构建的模型对于单轴抗压强度有着较好的预测能力,所用方法为岩石力学参数快速获取技术的智能化和自动化发展提供了新的技术路径。 展开更多
关键词 随钻振动信号 单轴抗压强度 时域、频域特征 神经网络
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基于非线性渗流理论的破裂岩体突水危险性量化方法 被引量：4
5
作者 刘伟韬 赵吉园 +3 位作者 孔德斌 顾玉龙 杜刚 王建刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4520-4541,共22页
破裂岩体是主要的突水通道之一,突水发生时地下水在破裂岩体中表现出非线性渗流特征,但由于破裂岩体内部结构的复杂性,对其突水危险性的研究以定性分析为主,难以量化评价。为了能够找到一种破裂岩体突水危险性量化方法,开展了破裂岩体... 破裂岩体是主要的突水通道之一,突水发生时地下水在破裂岩体中表现出非线性渗流特征,但由于破裂岩体内部结构的复杂性,对其突水危险性的研究以定性分析为主,难以量化评价。为了能够找到一种破裂岩体突水危险性量化方法,开展了破裂岩体非线性渗流实验,研究了破裂岩体的内部结构参数和水在破裂岩体内的非线性渗流参数的变化规律,基于多孔介质非线性渗流理论和分形理论,推导了非线性渗流数学模型,确定了破裂岩体的结构特征参数、非线性渗流特征参数与破裂岩体的突水危险性分级三者之间的关系,建立了基于非线性临界压力梯度的突水危险性判据,结果表明:非线性临界压力梯度可以作为评价破裂区域突水危险性的量化指标,该量化指标同时考虑了破裂岩体内部结构参数和地下水的非线性流动状态参数;相较于传统的突水危险性确定方法只考虑完整岩层的阻水能力,建立的非线性临界压力梯度突水危险性判据考虑了破裂区域岩层和完整岩层在内的所有岩层能够承受的总的临界水压值,反映了所有岩层的阻水能力。建立的非线性临界压力梯度突水危险性判据创新性地尝试了将非线性渗流状态参数应用到突水危险性量化方法研究当中,是一种将破裂岩体的内部结构参数和地下水的流动状态参数耦合的突水危险性量化方法。 展开更多
关键词 矿井突水 非线性渗流 突水危险性 量化方法 临界压力梯度
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不同单节理产状岩石力学性质数值模拟与强度预测模型 被引量：7
6
作者 许珂 刘学生 +4 位作者 谭云亮 李学斌 高宇栋 宋虎 唐颖钰 《中国矿业》 北大核心 2024年第4期158-170,共13页
节理岩石力学性质对于各类岩体工程长期稳定具有重要意义,而岩石的力学性质受节理产状影响极大,甚至起决定作用。为研究节理产状对岩石强度和破坏模式的影响机制,基于节理产状参数准确预测岩石的单轴抗压强度,采用PFC软件建立了不同单... 节理岩石力学性质对于各类岩体工程长期稳定具有重要意义,而岩石的力学性质受节理产状影响极大,甚至起决定作用。为研究节理产状对岩石强度和破坏模式的影响机制,基于节理产状参数准确预测岩石的单轴抗压强度,采用PFC软件建立了不同单节理产状的岩石数值模型,开展了一系列单轴压缩数值模拟试验,得到了节理尺寸和倾角对岩石力学特性的影响规律:随着节理尺寸增大,岩石破坏模式逐渐由沿一定角度的剪切破坏变为节理端部裂纹扩展破坏,单轴抗压强度逐渐减小;随节理倾角增大,当节理倾角小于内摩擦角时,岩石的单轴抗压强度逐渐减小,破坏模式主要是节理端部翼裂纹扩展破坏;当节理倾角超过内摩擦角继续增大时,岩石的单轴抗压强度则逐渐增大,破坏模式主要是沿一定角度穿切岩石或次生裂纹扩展的剪切破坏。在此基础上,结合损伤力学和断裂力学理论提出了单节理岩石单轴抗压强度预测模型,充分考虑了由单节理产状差异导致的不同破坏模式对岩石强度的影响,模型参数易于获取。经算例验证,模型具有较高精度,能够满足工程现场需求。 展开更多
关键词 节理岩石 节理产状 破坏模式 强度预测模型 内摩擦角
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用于隧道减震的叠层剪切吸能结构剪切性能试验研究 被引量：1
7
作者 曹安廷 张学朋 +5 位作者 蒋宇静 苏航 李宁博 何磊 薛娇 王荣超 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期822-835,共14页
提出一种新型叠层剪切吸能(LSED)结构改变衬砌连接方式,能够保证隧道在轴向上具有良好的变形能力和在环向上具有较好的抵抗变形的刚性能力。基于LSED结构的竖向承载和剪切变形能力开展LSED结构的室内剪切试验和数值试验研究,利用变异系... 提出一种新型叠层剪切吸能(LSED)结构改变衬砌连接方式,能够保证隧道在轴向上具有良好的变形能力和在环向上具有较好的抵抗变形的刚性能力。基于LSED结构的竖向承载和剪切变形能力开展LSED结构的室内剪切试验和数值试验研究,利用变异系数法评价橡胶剪切模量、橡胶层单层厚度、橡胶层层数和结构有效直径等因素对LSED结构水平剪切性能影响的权重。最后,利用有限元软件ABAQUS建立LSED结构-隧道衬砌-围岩三维精细化工程模型,并采用动力时程分析方法对其地震响应进行分析。研究结果表明:在压剪状态下,结构整体位移由下到上逐渐增大,橡胶层的受拉区主要集中在外侧边缘,拉应力及其分布面积由两端向中间逐渐减小,上表面的最大名义主应变最大值由上到下逐渐减小;钢板层较大应力区域主要分布在靠近上下封板部位。设计因素中橡胶剪切模量和结构内部钢板直径对LSED结构的水平等效刚度的影响更为显著;LSED结构的设置能有效降低衬砌的地震响应,且减震率达到45%以上。 展开更多
关键词 隧道 叠层剪切吸能控制 剪切性能 相关性分析 减震效果
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考虑微元强度韦伯分布与裂纹长度幂律排布的砂岩强度预测模型 被引量：4
8
作者 石浩 张后全 +4 位作者 吴疆宇 宋雷 李明 荣传新 陆鹏举 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1114-1124,共11页
构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离... 构建统筹考虑岩石内部宏细微观缺陷影响的强度预测模型对于保障智慧矿山的建设以及井下人员设备的安全都具有重要意义。综合考虑岩石微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布规律,采用数值模拟与理论推导方法分别建立损伤岩石试件的离散元计算模型与强度预测模型,并利用数值计算结果对理论模型的合理性进行验证。结果表明:①通过编程同时实现了PFC2D计算模型中微元强度的韦伯分布与裂纹长度的幂律排布,分析了岩石中的宏、细微观损伤与相应分布参数间的定量对应关系。②数值建立了400个同时考虑宏、细微观损伤的砂岩试件并对其进行了模拟加载,实现了对微元强度、预制裂纹信息及岩石强度间关系的统计分析。根据模拟结果构建了砂岩试件单轴抗压强度四维空间散点,得到了多损伤参量影响下的试件抗压强度流动规律。③联合Mori⁃Tanaka方法及岩石损伤概率分布理论,推导建立了12参数的岩石强度预测模型。该模型能够同时描述细微观微元强度与宏观裂纹信息对岩石强度的影响,并且理论模型计算结果与数值模拟结果高度吻合,相关系数达0.991。 展开更多
关键词 微元损伤统计 韦伯分布 预制裂纹长度 幂律排布 岩石强度预测模型
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