法向边界条件对锚固节理岩体剪切力学及声发射特征的影响研究

1

作者 刘建荣 栾恒杰 +4 位作者 蒋宇静 商和福 王明强 王长盛 张孙豪 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第2期173-183,共11页

认识锚固节理岩体剪切力学行为对岩体工程稳定性控制至关重要。通过开展恒定法向应力和恒定法向刚度边界条件下锚固和非锚固节理岩体直剪试验,并结合声发射技术,系统分析了初始法向应力、法向刚度影响下的节理岩体剪切力学特征、声发射... 认识锚固节理岩体剪切力学行为对岩体工程稳定性控制至关重要。通过开展恒定法向应力和恒定法向刚度边界条件下锚固和非锚固节理岩体直剪试验,并结合声发射技术,系统分析了初始法向应力、法向刚度影响下的节理岩体剪切力学特征、声发射特性及损伤破坏机制。结果表明:在CNL边界下,剪切应力-剪切位移曲线应力软化特征明显,在CNS边界下,曲线表现出由应力软化向应力硬化转变的趋势;τ_(1)和τ_(2)均随法向应力的增大而增加,法向刚度对τ_(2)的大小有显著提升;在CNS边界下,试样法向位移表现出由剪缩向剪胀转变的趋势,且非锚固节理试样剪缩和剪胀现象更为明显;锚固节理试样的AE能量和累计AE能量显著高于非锚固节理试样;AE定位点主要分布在节理面相交处及锚杆附近,CNS边界条件下AE定位点分布更集中;随着法向应力和法向刚度的增大,节理面破坏区域由孔壁附近向四周扩展,锚杆孔壁的破坏范围减小,锚杆呈现出“Z”型破坏特征。 展开更多

关键词 恒定法向应力 恒定法向刚度 锚固节理 剪切特性 声发射

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采动力学与岩层控制关键理论及工程应用 被引量：18

2

作者 宋振骐 文志杰 +2 位作者 蒋宇静 蒋金泉 石永奎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期16-35,共20页

研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰... 研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采、保障能源稳定供给具有重要意义,是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害(围岩变形、冲击地压等)频发,其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论,提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则,建立了定量分析的力学模型和设计方法,发展了针对性的岩体灾害控制技术,并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制;提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件,给出“给定变形”和“限定变形”准则;调控“3S”因素准则(围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构)改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标,提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术;建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据(安全系数K、冲击危险性系数U);研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统,实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程,为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备;分别从采场岩层控制、地质软岩巷道控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制4个方向进行了工程案例研究,相关研究成果在工程应用中得到了验证。 展开更多

关键词 采动力学 岩层控制 岩体灾害 “3S”因素 弱面判据 试验系统研发

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贯通型标准JRC双节理剪切力学及声发射特性研究 被引量：2

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作者 王刚 刘廷方 +4 位作者 王长盛 蒋宇静 王鹏举 张书博 肖智勇 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期500-509,共10页

节理岩体的抗剪性能是影响工程岩体强度及稳定性的关键因素。基于3D打印技术制作标准JRC节理面模具和固定夹板,采取一体化浇筑方式制备不同节理面间距和不同粗糙度的双节理试样,结合声发射(acousticemission,AE)技术探究不同法向应力条... 节理岩体的抗剪性能是影响工程岩体强度及稳定性的关键因素。基于3D打印技术制作标准JRC节理面模具和固定夹板,采取一体化浇筑方式制备不同节理面间距和不同粗糙度的双节理试样,结合声发射(acousticemission,AE)技术探究不同法向应力条件下粗糙双节理岩体剪切力学特性和破坏演化特征。结果表明:剪切应力-剪切位移曲线形态受节理粗糙度和法向应力共同影响。随JRC和法向应力的增加,剪切应力软化程度加重;法向应力较大时,峰后阶段剪切应力存在多次突降现象,突降值随法向应力的增加而增大。峰值剪切强度出现在双节理间岩石夹层断裂时刻,随JRC和法向应力的增加呈增大趋势,随节理面间距增加呈减小趋势。AE结果表明:岩石夹层断裂时刻AE能量大幅突增,AE能量峰值稍滞后于剪切应力峰值,随法向应力的增加,AE能量峰值和累积AE能量值增大;AE定位点空间上集中于岩石夹层部分,时间上频发于200~600 s内,随节理面间距的增加,AE定位点的集中范围扩大。 展开更多

关键词 岩石力学 双节理 直剪试验 节理面间距 JRC 声发射

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恒定法向刚度边界下含陶粒砂砂岩裂隙剪切力学特性研究 被引量：2

4

作者 王刚 王鹏举 +3 位作者 王长盛 蒋宇静 栾恒杰 黄娜 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1790-1800,共11页

含支撑剂砂岩裂隙的剪切行为对致密气开采具有重要影响。通过开展不同边界条件下两种粗糙砂岩剪切试验,探究法向应力(1~6 MPa),法向刚度(0~5 GPa/m),初始法向应力(2~6 MPa),支撑剂尺寸(16/30目,20/40目,30/50目)对含陶粒砂砂岩裂隙剪切... 含支撑剂砂岩裂隙的剪切行为对致密气开采具有重要影响。通过开展不同边界条件下两种粗糙砂岩剪切试验,探究法向应力(1~6 MPa),法向刚度(0~5 GPa/m),初始法向应力(2~6 MPa),支撑剂尺寸(16/30目,20/40目,30/50目)对含陶粒砂砂岩裂隙剪切特性的影响。结果表明:加入陶粒砂后,裂隙面的峰值摩擦角减小,剪切刚度及峰值剪应力降低,并且剪缩量增加,剪胀量减小;随着法向应力的增加,剪切强度提高。在恒定法向刚度(CNS)边界下,随着法向刚度的增加,残余剪应力提高,但峰值剪应力、最终剪胀量和表观摩擦角降低。随着初始法向应力增加,峰值剪应力、残余剪应力及剪切刚度均提高,且变化幅度高于法向刚度的影响;初始法向应力的增加抑制了裂隙面的剪胀,提高了裂隙面的表观摩擦角。随着陶粒砂尺寸的减小,剪切强度提高,剪胀位移增加。 展开更多

关键词 恒定法向荷载 恒定法向刚度 支撑剂 砂岩裂隙 剪切特性

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不同降压速率下天然气水合物垂直井分段降压开采特性试验研究

5

作者 蒋宇静 颜鹏 +5 位作者 栾恒杰 刘明康 梁伟 杜晓宇 马先壮 史一辰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2682-2694,共13页

认识分段降压法对天然气水合物储层开采特性的影响规律,能够为提高天然气水合物开采的效率和可控性提供科学依据。为此,利用自主研发的大尺寸二维天然气水合物开采模拟试验装置,开展了3种不同降压速率下的天然气水合物单一垂直井分段降... 认识分段降压法对天然气水合物储层开采特性的影响规律,能够为提高天然气水合物开采的效率和可控性提供科学依据。为此,利用自主研发的大尺寸二维天然气水合物开采模拟试验装置,开展了3种不同降压速率下的天然气水合物单一垂直井分段降压开采模拟试验,研究了降压速率对降压开采过程中储层的压力响应、温度响应、产气量、瞬时产气速率以及平均产气速率等的影响情况。结果表明:压力变化速率的异常峰值现象的产生与回压阀密切相关,且其持续时间之比约等于降压速率的反比;相同降压幅度下,降压速率越小时,降压持续的时间越长,外部热量传递越多,促使更多的水合物在降压阶段发生分解,使得总产气占比越高;随着降压速率减小,峰值产气速率在第2次降压阶段内出现的时间越来越晚,水合物分解速率达到最大值的时间逐渐推后。 展开更多

关键词 天然气水合物 分段降压 降压速率 温压响应 产气特性

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冲击地压矿井典型微震信号特征及其判识研究 被引量：2

6

作者 谷雪斌 张呈国 +5 位作者 郭伟耀 张悦颖 公绪飞 王超 赵西坡 张磊 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期694-713,共20页

准确识别微震信号的类型对于冲击地压矿井动力灾害监测预警与防控具有重要意义。以冲击地压矿井南屯煤矿为工程背景,划分了矿震、爆破、煤岩体破裂、敲击和噪声5种类型微震信号,建立了5种信号类型的样本数据库,分析了最大振幅、持续时... 准确识别微震信号的类型对于冲击地压矿井动力灾害监测预警与防控具有重要意义。以冲击地压矿井南屯煤矿为工程背景,划分了矿震、爆破、煤岩体破裂、敲击和噪声5种类型微震信号,建立了5种信号类型的样本数据库,分析了最大振幅、持续时间、主频等微震特征参数,建立了微震事件类型的BP神经网络判识模型。研究结果表明:矿震事件与煤层上方高位坚硬岩层破断有关,其能量一般不低于10^(5)J,可触发矿井半数以上传感器,事件具有高最大振幅和高平均振幅的特征(阈值为3×10^(-4)m/s),持续时间一般在6s以内、主频一般小于10Hz;爆破事件能量一般不低于10^(4)J,可触发矿井半数以上传感器,事件具有高最大振幅和高平均振幅的特征,持续时间一般小于2s;煤岩体破裂事件与采场顶板周期破裂有关,其事件能量一般不高于10^(4)J,可触发矿井40%~65%传感器,该事件具有低最大振幅和低平均振幅的特征,持续时间主要0~1s、主频分布较为均匀;敲击事件与人为测试有关,其触发传感器数量一般在4个以内,该事件具有高最大振幅和低平均振幅的特征,持续时间较长、主频在0~80Hz内均匀分布;噪声事件与电磁干扰等相关,绝大多数微震传感器发生无序震动,其触发传感器一般小于6个,该事件具有低最大振幅和低平均振幅的特征,持续时间长、主频不固定。建立的BP神经网络判识模型准确率达88.3%,该方法误判率低,特征参数易获取,为冲击地压矿井微震事件快速准确识别提供了一个新途径。 展开更多

关键词 冲击地压 微震参数 时频分析 BP神经网络 波形判识

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深部采煤深孔爆破技术防控强矿震机制研究 被引量：1

7

作者 张全 邹俊鹏 +4 位作者 吴坤波 焦玉勇 蒋宇静 王超 闫宪洋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2439-2449,共11页

中国华东、东北、华北大部分煤矿已进入600 m以下深度开采,矿震等动力灾害屡有发生,严重制约了煤矿安全、绿色、高效生产。针对中国深部煤矿厚硬顶板下开采矿震频发问题,以东滩煤矿为例,采用现场监测、理论分析和数值模拟等方法,详细阐... 中国华东、东北、华北大部分煤矿已进入600 m以下深度开采,矿震等动力灾害屡有发生,严重制约了煤矿安全、绿色、高效生产。针对中国深部煤矿厚硬顶板下开采矿震频发问题,以东滩煤矿为例,采用现场监测、理论分析和数值模拟等方法,详细阐述了深孔爆破顶板卸压前后强矿震空间分布特征,研究了深孔爆破技术预裂顶板机制、对采动中覆岩活动影响及防控矿震的效果。研究发现深孔爆破技术可有效弱化或断裂上覆厚硬岩层,释放上覆岩层积聚的应变能,减少大能量矿震的风险。基于爆炸荷载作用下岩石破坏区理论分析计算出了深孔爆破岩石破碎区、裂隙区和有效破坏范围,并结合工作面支架阻力监测,发现深孔爆破技术可主动调控矿山压力,避免了强矿压显现。建立了含四次深孔爆破的煤层开采全过程数值模型,分析了深孔爆破前后覆岩应力及位移演化特征,揭示了深孔爆破对采动中覆岩活动影响机制。深孔爆破断顶卸压技术能够有效弱化煤层顶板、降低顶板来压强度、增大覆岩的碎胀系数,能够用于防控深部采煤强矿震的发生。 展开更多

关键词 矿震 深孔爆破 厚硬顶板 岩石破坏区 支架阻力 数值模拟

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缩管式恒阻大变形锚杆抗冲击特性及其治理岩爆潜力研究

8

作者 赵明珠 吴学震 +3 位作者 叶青 王刚 蒋宇静 邓涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3355-3365,3377,共12页

深部岩体非线性大变形特性引发的岩爆灾害一直是岩土工程的世界性难题,严重制约了工程建设的施工进度和工程安全,加强对岩爆防治措施的深入研究刻不容缓。基于钢管挤压变形原理,提出了一种新型的缩管式恒阻大变形锚杆,该种锚杆可在容许... 深部岩体非线性大变形特性引发的岩爆灾害一直是岩土工程的世界性难题,严重制约了工程建设的施工进度和工程安全,加强对岩爆防治措施的深入研究刻不容缓。基于钢管挤压变形原理,提出了一种新型的缩管式恒阻大变形锚杆,该种锚杆可在容许较大的变形量的同时提供较高的恒阻力。在前期研究的基础上,通过落锤冲击试验探索了缩管式恒阻大变形锚杆的抗冲击性能。试验结果表明:在整个冲击过程中,缩管式恒阻大变形锚杆的工作阻力稳定在150~180 kN范围内,恒阻特性显著;缩管式恒阻大变形锚杆吸收能量大、效率高,单次可吸收冲击能量为53kJ;在冲击过程中,试件压缩率仅减小了0.54%~1.43%,变形情况较为稳定。缩管式恒阻大变形锚杆具有良好的抗冲击特能,可为地下工程建设过程中岩爆灾害的治理提供有力的技术支撑。 展开更多

关键词 缩管式恒阻大变形锚杆 抗冲击特性 岩爆 恒阻力 落锤冲击试验

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拉压耦合大变形锚杆作用机理及其试验研究 被引量：22

9

作者 吴学震 王刚 +2 位作者 蒋宇静 公彬 李博 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期139-147,共9页

在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生... 在高应力作用下,围岩发生大变形破坏的现象非常普遍,硬岩常常产生严重的岩爆灾害,软岩则会表现出挤压大变形问题,严重影响深部工程安全。在这种条件下采用的支护体系不仅要具有较高的承载力,而且要能够适应较大的围岩变形而本身不发生破坏。提出了一种拉压耦合大变形锚杆,并详细介绍了它与围岩之间的相互作用机理。新型锚杆通过改善锚固结构,优化锚杆受力状态,提高了锚固结构的极限承载力,使锚杆杆体的变形性能得到充分的发挥,避免了传统锚杆因杆体不均匀变形导致的破坏问题。因而,高应力大变形条件下新型锚杆的锚固性能更优,更有利于保持围岩稳定。室内实验研究证实,在同等条件下拉压耦合锚杆的极限承载力明显大于传统锚杆,并且具有良好的大变形特性。针对矿山深部开采中遇到的软岩大变形和硬岩岩爆等灾害,新型锚杆将实现更优的加固效应。 展开更多

关键词 高应力 拉压耦合大变形锚杆 静态拉拔实验 极限承载力 变形特性

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数字图像技术在节理岩体裂纹扩展试验中的应用研究 被引量：45

10

作者 赵程 鲍冲 +2 位作者 松田浩 赵春风 田加深 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期944-951,共8页

含倾斜裂纹的岩石在单轴压缩下,会发生翼裂纹扩展并逐步损伤破坏。对含预制裂纹的类岩石脆性试件进行单轴压缩试验,采用两台高分辨率相机连续捕捉图像,经过数字图像相关技术(DIC)处理,得到了试件的全局应变场演化过程图,试验结果表明:... 含倾斜裂纹的岩石在单轴压缩下,会发生翼裂纹扩展并逐步损伤破坏。对含预制裂纹的类岩石脆性试件进行单轴压缩试验,采用两台高分辨率相机连续捕捉图像,经过数字图像相关技术(DIC)处理,得到了试件的全局应变场演化过程图,试验结果表明:当荷载达到一定阶段,裂纹端部观察到了明显的微破裂区,其形状为绕裂纹尖端逆时针转动82°的椭圆;荷载增大到最大荷载的85.6%时,微破裂聚集成核,端部开始形成宏观翼裂纹,裂纹的扩展过程就是高应变区不断蔓延的过程,也是微破裂不断发育、成核的过程;次生微破裂区以及反翼微破裂区发育缓慢,且形成过程中也受到了拉伸应力作用,翼裂纹是试件的主要破坏模式。最后基于线弹性断裂力学,比较了裂纹尖端周围应力和应变的变化规律,给出了采用应变方法分析裂纹起裂扩展的理论依据,并且验证了DIC系统试验结果的可靠性。 展开更多

关键词 岩石 裂纹 数字图像相关技术 单轴压缩 扩展 应变场

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矿井巷道掘进过程中含水构造附近岩体温度场的模型试验研究 被引量：3

11

作者 高阳 张庆松 +1 位作者 李术才 蒋宇静 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期550-556,共7页

分析含水构造附近渗流作用影响下的热扩散理论,采用典型的流-固耦合相似材料配比和相似模拟试验架,完善光栅温度、渗透压力监测系统。对含水构造附近的巷道掘进进行试验模拟,对掘进过程中围岩变形和渗流边界条件改变引起的渗流场、温度... 分析含水构造附近渗流作用影响下的热扩散理论,采用典型的流-固耦合相似材料配比和相似模拟试验架,完善光栅温度、渗透压力监测系统。对含水构造附近的巷道掘进进行试验模拟,对掘进过程中围岩变形和渗流边界条件改变引起的渗流场、温度场的变化规律进行分析。研究结果表明:含水构造附近的岩体具有明显的低温异常特征;掘进过程中,水体附近渗透压力显著降低,岩体的热对流作用随巷道开挖逐步加强,岩体温度逐步降低,但水体的温度影响范围变化较小;通过Peclet数的对比分析,为探测矿井突水提供了一种新途径;对巷道掘进中的岩体温度场进行数据拟合,得出温度法预报的经验公式,为岩体温度法探水提供了可靠的试验依据。 展开更多

关键词 巷道 岩体温度法 水体预报 模型试验

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循环载荷对岩石节理宏细观剪切特性影响的模拟研究 被引量：5

12

作者 蒋宇静 张孙豪 +3 位作者 栾恒杰 陈连军 张广超 王长盛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期199-211,共13页

岩石节理在循环载荷作用下会不断的滑移和闭合,导致其承载性能不断劣化,进而影响岩体工程的稳定性。为探明循环载荷作用下节理的剪切特性,首先开展了节理剪切试验以标定模拟中的物理力学参数和确定循环载荷的特征参数,然后采用基于FISH... 岩石节理在循环载荷作用下会不断的滑移和闭合,导致其承载性能不断劣化,进而影响岩体工程的稳定性。为探明循环载荷作用下节理的剪切特性,首先开展了节理剪切试验以标定模拟中的物理力学参数和确定循环载荷的特征参数,然后采用基于FISH语言二次开发的循环剪切加载实现方法,进行了不同加载幅值(1.5、1.7、1.9、2.1和2.3 MPa)、不同加载频率(0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 Hz)等循环剪切载荷作用下的粗糙节理剪切数值模拟,研究了岩石节理的宏细观剪切特性以及循环载荷特征参数对节理剪切特性的影响。结果表明:随着剪切载荷的循环加卸,节理表面损伤会导致节理剪切应力-剪切位移曲线出现滞回效应。循环剪切初期滞回环较小且分布密集,后期滞回环较大且分布疏松。剪切过程中节理的裂纹分布和接触力分布与节理表面的粗糙体相关,剪切初期裂纹和高接触力大都集中在二阶凸起上,随着二阶凸起破坏逐渐作用到一阶凸起上,一阶凸起破坏后节理发生失稳破坏。节理剪切位移的增长趋势与累计裂纹数量的增长趋势总体一致。剪切初期仅有少量裂纹在应力峰值附近产生,而后期裂纹产生时对应的应力范围和裂纹数量都显著增加。加载幅值越大,每个循环内产生的节理损伤越多,节理剪切位移也越大,达到相同目标位移所需的循环次数与加载幅值成反比。加载频率越大,每个循环内节理产生的损伤越少,节理剪切位移也越小,达到目标剪切位移所经历的循环次数与加载频率成正比。加载频率越低,加速阶段越短,节理发生失稳破坏越突然。 展开更多

关键词 岩石节理 循环载荷 剪切特性 宏细观

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基于3D打印技术的复杂三维粗糙裂隙网络渗流特性试验及数值模拟研究 被引量：13

13

作者 黄娜 蒋宇静 +1 位作者 程远方 刘日成 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1659-1668,1680,共11页

准确地评价岩体裂隙网络渗流特性是地下工程建设与环境安全的重要基础。构建了模拟真实岩体裂隙网络结构的三维数字模型,利用3D打印技术制作了三维粗糙裂隙网络模型试样,进行了不同边界条件下的渗流试验,并采用数值模拟方法进一步研究... 准确地评价岩体裂隙网络渗流特性是地下工程建设与环境安全的重要基础。构建了模拟真实岩体裂隙网络结构的三维数字模型,利用3D打印技术制作了三维粗糙裂隙网络模型试样,进行了不同边界条件下的渗流试验,并采用数值模拟方法进一步研究了裂隙表面粗糙性对渗流特性的影响。研究结果表明:随着注入水流流速的增加,模型中因惯性效应引起的水头损失逐渐增大,试样进出口之间水压差与流量的关系由线性向非线性转变,转折点对应的临界水力梯度范围为0.015~0.195。三维裂隙网络非线性流动特性可以采用Forchheimer方程表征,其中由惯性力引起的压降与总压降的比值随着水力梯度的增加而增大,但增幅逐渐降低,当水力梯度接近1.0时,惯性力引起的压降占总压降的比例高达68.5%。裂隙网络的空间分布特征决定了模型的整体连通性,而裂隙开度的非均匀性进一步使得流体在连通裂隙中将选择渗透性较大、阻力较小的通道优先流动,导致裂隙网络中主要流动区域面积与裂隙总面积比小于41%。裂隙表面粗糙性会降低三维裂隙网络模型的渗透性,且随着表面粗糙度增加,渗透性降低幅度越大,但裂隙开度的增加会削弱裂隙表面粗糙性对其渗透性的影响。提出的研究方法为定量化表征岩体复杂三维裂隙网络渗流特性提供了可靠途径。 展开更多

关键词 岩石力学 裂隙网络 3D打印 渗流 表面粗糙性 开度非均匀性

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海域天然气水合物自入式开采装置及其可行性研究 被引量：4

14

作者 吴学震 叶鸿宇 +4 位作者 蒋宇静 李大勇 姜杰 王刚 公彬 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1012-1022,共11页

为解决目前海域天然气水合物试采案例所采用钻井开采技术中存在的深水作业成本高、井筒结构易损坏及长期稳定开采难度大等问题,提出一种新型海域天然气水合物自入式开采装置及方法。该方法无需使用大型的钻井设备,由自入式开采装置携带... 为解决目前海域天然气水合物试采案例所采用钻井开采技术中存在的深水作业成本高、井筒结构易损坏及长期稳定开采难度大等问题,提出一种新型海域天然气水合物自入式开采装置及方法。该方法无需使用大型的钻井设备,由自入式开采装置携带相关设备依靠重力冲击进入储层,然后进行降压开采,待作业结束后可通过拉拔进行回收,重复使用。建立冲击贯入模型和降压开采模型,分别研究新型开采装置贯入海底储层的规律和降压生产过程中的产气特性。研究结果表明:1)新装置贯入海床深度随其长度和直径增加而增大,最大达370 m可涵盖绝大多数天然气水合物储层的埋深;2)新装置由预制钢结构构成,能够实现更大幅度的降压,产气效率与传统方式相比提高6~14倍。 展开更多

关键词 海域天然气水合物 自入式开采装置 贯入规律 产气特性

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基于Pile单元改进模型的锚杆锚固角度效应数值模拟研究 被引量：1

15

作者 左海峰 蒋宇静 +6 位作者 李春平 刘光饶 张孙豪 管彦太 栾恒杰 刘建荣 李鑫鹏 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第5期30-39,共10页

为探究锚杆在不同锚固角度下的受力特征和作用机制,采用Pile单元改进模型建立具有不同锚固角度的锚固结构面数值模型,并开展一系列的单轴压缩数值试验,对锚杆的锚固角度效应进行了系统研究。结果表明:当锚固角较大时,锚固结构面试件加... 为探究锚杆在不同锚固角度下的受力特征和作用机制,采用Pile单元改进模型建立具有不同锚固角度的锚固结构面数值模型,并开展一系列的单轴压缩数值试验,对锚杆的锚固角度效应进行了系统研究。结果表明:当锚固角较大时,锚固结构面试件加载过程分为4个阶段,而当锚固角较小时仅为3个阶段;随着锚固角的增加,峰值应力整体上先恒定后减小,弹性模量呈非线性降低;锚杆与试件力的相互作用主要分布在结构面与锚杆相交处以及锚杆两端;锚杆的显著变形和受力主要分布在结构面附近,大致为锚杆直径的3~4倍;随着锚固角的增大,锚杆轴力的贡献呈非线性减小,锚杆剪力的贡献呈线性增大,锚杆抗剪力呈非线性减小。 展开更多

关键词 结构面 锚杆支护 角度效应 Pile单元 改进模型

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大范围采动影响下特大断层构造区微震活动规律及调控方法 被引量：1

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作者 郭伟耀 张悦颖 +5 位作者 谷雪斌 公绪飞 郭传清 郭文静 张骞 张磊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期260-272,共13页

为大范围采动影响下特大断层构造区冲击地压防控提供参考,以济宁二号煤矿落差达百米级八里铺断层构造区为工程背景,研究了全矿井及八里铺断层上下盘采区的微震活动规律,基于微震累积能量分析了八里铺断层活动性,探讨了特大断层构造区微... 为大范围采动影响下特大断层构造区冲击地压防控提供参考,以济宁二号煤矿落差达百米级八里铺断层构造区为工程背景,研究了全矿井及八里铺断层上下盘采区的微震活动规律,基于微震累积能量分析了八里铺断层活动性,探讨了特大断层构造区微震活动调控方法,同时进行了工程实践。研究结果表明:大范围采动影响下,济宁二号煤矿微震事件以均匀分布于工作面及巷道区域的低能量量级事件为主,主要来源于顶板岩层运动;沿八里铺断层面没有产生集中、连续、大范围分布的微震事件,但微震事件随着工作面与断层距离减小而增加,即开采对断层具有明显扰动效应,但目前采动强度不足以造成八里铺断层活动;断层构造区微震最高累积能量整体呈稳定趋势,但集中位置随采掘状态改变而不断变化,尤其受工作面回采速度及强度影响较为明显;留设大宽度保护煤柱是调控特大断层构造区微震活动的有效方法,同时辅以顶板预裂和煤体卸压,能够实现特大断层构造区域煤层安全开采。基于不同类型断层在回采过程中的冲击地压防控思路,针对八里铺断层构造区103下03工作面进行了工程实践,发现回采过程中工作面微震活动强度明显减弱,单日微震总能量降低,而单日微震频次增加,即能量释放呈多次低能释放的特征。 展开更多

关键词 大范围采动 特大断层 微震 冲击地压 防控

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煤层厚度影响下大直径钻孔卸压释能机理 被引量：3

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作者 张东晓 王翔宇 +5 位作者 郭伟耀 张悦颖 赵同彬 吴震 方恒宇 张骞 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期40-50,共11页

煤层厚度变化是影响大直径钻孔卸压效果的重要因素之一。基于等效弹性模量原理建立了大直径钻孔卸压弹性力学模型,以某矿不同工作面为工程背景,研究了不同煤层厚度条件下大直径钻孔卸压煤体应力分布特征和能量释放规律,探讨了煤层厚度... 煤层厚度变化是影响大直径钻孔卸压效果的重要因素之一。基于等效弹性模量原理建立了大直径钻孔卸压弹性力学模型,以某矿不同工作面为工程背景,研究了不同煤层厚度条件下大直径钻孔卸压煤体应力分布特征和能量释放规律,探讨了煤层厚度影响下大直径钻孔卸压释能机理。研究结果表明:当大直径钻孔卸压参数相同时,薄煤层中原岩应力、钻孔切向应力及其塑性区范围均大于厚煤层;大直径钻孔周边应力峰值随煤层厚度增加呈非线性减小趋势,当煤层厚度由1 m增加到9 m,应力峰值由23.2 MPa降低到20.2 MPa,降低12.9%;大直径钻孔卸压释能率随着煤层厚度增加呈减小趋势,当煤层厚度由1 m增加到9 m,大直径钻孔卸压释能率由68.7%降低到45.8%,即相同大直径钻孔卸压参数条件下薄煤层卸压效果更好;当大直径钻孔卸压参数相同时,钻孔切向应力随着煤层厚度增加而减小,导致煤体破碎区和塑性区范围以及存储弹性能释放量减小,即钻孔卸压释能率降低。某矿1208工作面和1203工作面煤层厚度分别为9.08、4.95 m,虽然两工作面采取了相同的大直径钻孔参数,但1208工作面巷道围岩变形破坏更为严重,对大直径卸压钻孔参数优化后,煤体平均钻屑量由2.48 kg/m下降到1.76 kg/m,表明随着煤层厚度增加,需采取减小钻孔间距、增大钻孔直径等措施来达到更好的卸压效果。 展开更多

关键词 冲击地压 大直径钻孔 煤层厚度 应力演化 卸压释能

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考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型及验证 被引量：1

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作者 魏超 赵程 +2 位作者 赵春风 松田浩 森田千寻 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1056-1067,共12页

为了预测和评估深部高温岩体的稳定性,运用理论推导的方法研究温度作用下(后)岩石的本构关系。首先,基于已有的岩石统计损伤本构模型,考虑温度对岩石损伤变量的影响,引入了损伤变量修正系数、损伤起裂应力和起裂应变等参数;其次,假设微... 为了预测和评估深部高温岩体的稳定性,运用理论推导的方法研究温度作用下(后)岩石的本构关系。首先,基于已有的岩石统计损伤本构模型,考虑温度对岩石损伤变量的影响,引入了损伤变量修正系数、损伤起裂应力和起裂应变等参数;其次,假设微元体强度服从幂函数分布,并符合Hoek-Brown(H-B)强度准则,针对统计损伤本构模型无法反映峰前较强的微裂纹压密效应的弊端,引入了相应的模型修正系数;再次,建立了考虑温度作用的岩石统计损伤本构模型,并确定了模型参数的表达式;最后,对比不同温度作用下(后)的花岗岩在单轴和常规三轴压缩试验条件下所得的结果与文献中模型的计算结果,验证本文模型的准确性。研究结果表明:所提出的模型的计算结果与文献的试验结果在数值、分布规律和趋势上具有良好的一致性;对于全过程σ-ε曲线的各阶段,本文模型的计算效果较文献中本构模型计算效果更好,与试验曲线的贴合度更高,能够更好地反映高温作用下(后)岩石的损伤本构特征。该模型的参数具有常规性,适用于各类温-压组合作用工况下的岩石。 展开更多

关键词 岩石力学 幂函数 温度 HOEK-BROWN强度准则 微裂纹压密效应 本构模型

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基于自振频率的监测预警指标确定方法 被引量：24

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作者 杜岩 谢谟文 +2 位作者 蒋宇静 李博 高阳 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2284-2290,共7页

强震、极端气候条件和人类活动是滑坡发生的主要诱发因素。这些强扰动会使滑坡的物理参数和软弱结构面力学参数发生变化,从而影响滑坡的有效预警。在监测中如何直接有效分析滑坡在地震及降雨作用下力学参数的变化,是工程中亟需解决的一... 强震、极端气候条件和人类活动是滑坡发生的主要诱发因素。这些强扰动会使滑坡的物理参数和软弱结构面力学参数发生变化,从而影响滑坡的有效预警。在监测中如何直接有效分析滑坡在地震及降雨作用下力学参数的变化,是工程中亟需解决的一大难题。提出了地震等强扰动作用下一种新的识别滑坡安全指标的快速评价方法;运用激光测振技术,测定滑坡等不良地质体的自振频率;根据结构动力学理论,基于测得的自振频率,可定量反映出内部结构参数变化。根据简化的滑坡体模型,模拟滑坡在地震或强降雨等条件下潜在滑移面的抗滑应力损失。结果表明:由自振频率可以得到滑坡在受到较大扰动情况下的应力折减系数等监测指标;非接触式的快速监测能快速实现对滑坡体的评价。激光测振技术将会在防灾、减灾和抢险救灾等工程实际中发挥重要作用。 展开更多

关键词 自振频率 滑坡 激光 稳定性分析 监测预警

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等效水力隙宽和水力梯度对岩体裂隙网络非线性渗流特性的影响 被引量：17

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作者 刘日成 李博 +1 位作者 蒋宇静 蔚立元 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3165-3174,共10页

等效水力隙宽和水力梯度是影响岩体裂隙网络渗流特性的重要因素。制作裂隙网络试验模型,建立高精度渗流试验系统;求解纳维-斯托克斯方程,模拟流体在裂隙网络内的流动状态,研究等效水力隙宽和水力梯度对非线性渗流特性的影响。结果表明,... 等效水力隙宽和水力梯度是影响岩体裂隙网络渗流特性的重要因素。制作裂隙网络试验模型,建立高精度渗流试验系统;求解纳维-斯托克斯方程,模拟流体在裂隙网络内的流动状态,研究等效水力隙宽和水力梯度对非线性渗流特性的影响。结果表明,当水力梯度较小时,等效渗透系数保持恒定的常数,流体流动属于达西流动区域,流量与压力具有线性关系,可采用立方定律计算流体流动;当水力梯度较大时,等效渗透系数随着水力梯度的增加而急剧减少,流体流动进入强惯性效应流动区域,流量与压力具有强烈的非线性关系,可采用Forchheimer方程计算流体流动。随着等效水力隙宽的增加,区别线性和非线性流动区域的临界水力梯度呈幂函数关系递减。当水力梯度小于临界水力梯度时,控制方程可选立方定律;当水力梯度大于临界水力梯度时,控制方程可选Forchheimer方程,其参数A和B可根据经验公式计算得到。其研究结果可为临界水力梯度的确定及流体流动控制方程的选取提供借鉴意义。 展开更多

关键词 裂隙网络 透水试验 非线性渗流 纳维-斯托克斯方程 临界水力梯度

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