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三点弯曲条件下含界面缺陷层状岩体裂纹扩展研究
1
作者 闻磊 王泽峰 +5 位作者 潘伟民 王祖光 张飞 于俊红 石召龙 杨治刚 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期149-162,共14页
以含界面裂纹层状岩石相似材料试样为研究对象,结合高速摄像及DIC分析方法,进行界面裂纹不同偏置距离下的三点弯曲试验,并采用FEM-CZM方法进行对应的数值模拟研究,探讨试样断裂模式、裂纹扩展过程与演化机理、应力强度因子及层状岩体断... 以含界面裂纹层状岩石相似材料试样为研究对象,结合高速摄像及DIC分析方法,进行界面裂纹不同偏置距离下的三点弯曲试验,并采用FEM-CZM方法进行对应的数值模拟研究,探讨试样断裂模式、裂纹扩展过程与演化机理、应力强度因子及层状岩体断裂强度、断裂韧性及断裂能等特性。研究表明,含界面预制裂纹试件的整体断裂过程经历上凹阶段、弹性阶段、非线性破坏等三个阶段,裂纹扩展模式受到岩性分界面偏置量影响显著。B类试件的峰值荷载受偏置量的影响比A类试件更大,在相同偏置量下B组试件的断裂能与断裂韧度均大于A组试件。FEM-CZM数值模拟是含界面裂纹层状岩体断裂分析的有效方法,三点弯曲条件下含界面缺陷层状岩体中的拉应力集中导致裂纹的萌生和扩展,但不同种类、不同偏置距离试样预制裂纹尖端与裂纹扩展路径上的拉应力值有所差别。 展开更多
关键词 层状岩体 界面裂纹 三点弯曲试验 数值模拟 内聚力模型
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过氧化氢对气煤大分子结构及润湿性的影响
2
作者 赵素娟 孟艳军 +2 位作者 刘彦飞 李琨杰 张欣宇 《太原理工大学学报》 北大核心 2026年第1期79-88,共10页
【目的】过氧化氢对煤储层氧化改性增渗是煤层气领域潜在增产新技术之一,然而过氧化氢对煤的表面改性微观作用机理及副作用尚不明确。【方法】为查明过氧化氢处理对煤表面大分子结构及润湿性的影响,采用15%H_(2)O_(2)作用于保德矿区气煤... 【目的】过氧化氢对煤储层氧化改性增渗是煤层气领域潜在增产新技术之一,然而过氧化氢对煤的表面改性微观作用机理及副作用尚不明确。【方法】为查明过氧化氢处理对煤表面大分子结构及润湿性的影响,采用15%H_(2)O_(2)作用于保德矿区气煤,基于工业分析、元素分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、固体核磁共振碳谱(^(13)C-NMR)、X射线光电子能谱(XPS)和润湿性测试,构建气煤原煤和氧化煤大分子结构模型,分析过氧化氢作用与煤大分子化学结构改性的响应关系,并探讨煤氧化改性后润湿性变化对煤层气开发的影响。【结果】研究结果表明,H_(2)O_(2)与气煤芳香和脂肪部分均会发生反应,但与脂肪部分反应更为剧烈,导致氧化后的煤样脂肪部分比例降低,芳香部分比例增加。同时,氧化后低浓度芳香核断裂,导致脂肪链变长;高浓度芳香核结构稳定,不易被氧化,故芳香结构缩聚程度增加。最后氧化作用增加了极性官能团的含量,导致煤表面亲水性增强,亲气性减弱,有利于煤层气解吸;但也会导致束缚水饱和度增高、气相渗透率降低的副作用,不利于煤层气井排水和渗流。【结论】研究成果对煤储层氧化改性增渗技术优化具有理论指导意义。 展开更多
关键词 气煤 H_(2)O_(2) 氧化改性 大分子结构 润湿性
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岩石动态抗拉强度预测的组合模型及软件开发
3
作者 亓帅 王超 +3 位作者 金子浚 贺子旺 喻豪 张绍源 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期140-148,共9页
针对岩石抗拉强度测试存在设备要求高、样本制备复杂等局限性,选取岩石密度、试件直径、杨氏模量、静态抗拉强度、加载速率和试验方法作为预测指标,动态抗拉强度为输出指标,收集164组样本数据构建岩石动态抗拉强度预测的样本数据库;通... 针对岩石抗拉强度测试存在设备要求高、样本制备复杂等局限性,选取岩石密度、试件直径、杨氏模量、静态抗拉强度、加载速率和试验方法作为预测指标,动态抗拉强度为输出指标,收集164组样本数据构建岩石动态抗拉强度预测的样本数据库;通过融合时间卷积网络(Temporal Convolutional Networks,TCN)的长序列建模能力与科尔莫哥罗夫-阿诺德网络(Kolmogorov-Arnold Networks,KAN)的可解释非线性变换优势,构建岩石动态抗拉强度预测的TCN-KAN组合模型;采用五折交叉验证对模型进行训练,并使用沙普利加和解释(Shapley Additive Explanations,SHAP)方法对模型预测结果进行可解释性分析,结果表明:组合模型在均方误差(3.07)、均方根误差(1.75)、平均绝对误差(1.27)、平均绝对百分比误差(10.22%)和决定系数(97.88%)等指标上均优于对比模型,加载速率和静态抗拉强度两个指标对预测结果的影响最为显著;最后,基于TCN-KAN组合模型开发智能应用软件并开展了5个工程实例应用,进一步验证了组合模型的预测准确性和可靠性,为岩石动态抗拉强度预测提供了一种智能新方法。 展开更多
关键词 动态抗拉强度 时间卷积网络 科尔莫哥罗夫-阿诺德网络 组合预测模型 SHAP可解释性分析 应用软件
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高压电脉冲致裂煤岩增透技术研究进展与展望
4
作者 蒋长宝 吴家耀 +1 位作者 闫发志 彭守建 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期51-63,共13页
我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该... 我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该技术的致裂增透机制,并围绕放电参数、煤岩电学特性、煤岩矿物分布及孔裂隙特征、赋存条件4个方面系统梳理了高压电脉冲煤岩致裂增透理论的研究进展。研究表明:2015年以来,高压电脉冲技术研究热度显著上升,其典型作用机制包括液电效应和电破碎效应;高压电脉冲击穿煤岩过程可分为电场加载、极化、击穿和稳定4个阶段,煤岩孔隙结构在应力波作用下经历了扩孔、破裂、贯穿和扩展裂隙的演化模式,从而提高了渗透性;放电参数决定裂隙网络的优化程度,煤岩电学特性影响击穿难度与能量传递,矿物分布及孔裂隙特征控制等离子体通道的形成与裂纹扩展,地应力与气体压力的耦合作用则共同调控煤岩裂隙演化与渗透性变化。基于上述分析,指出了该领域发展存在的主要问题,包括信息获取困难、致裂增透机制尚不明确及击穿场强较高等,展望“十五五”乃至更长时期,认为该领域未来发展的着力点在于:①发展高压电脉冲致裂煤岩的实时监测技术;②构建高精度的热流固化电多物理场耦合模型;③探索高压电脉冲协同多技术致裂煤岩增透。以期突破现有瓶颈,推动该技术的进一步发展。 展开更多
关键词 高压电脉冲 电破碎效应 煤层增透 储层改造 煤层气开采
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基于射线追踪的矿山波速场实时反演与震源定位研究
5
作者 马举 吴子骏 侯娇兰 《矿冶工程》 北大核心 2025年第5期56-62,共7页
为提高地下采矿过程中震源定位精度,解决因开挖扰动和复杂结构导致的波速场时空变化问题,提出一种基于实时反演波速场为先验条件的震源再定位方法。该方法结合射线追踪与拟牛顿迭代算法,实现波速场的动态更新与震源的高精度定位。通过... 为提高地下采矿过程中震源定位精度,解决因开挖扰动和复杂结构导致的波速场时空变化问题,提出一种基于实时反演波速场为先验条件的震源再定位方法。该方法结合射线追踪与拟牛顿迭代算法,实现波速场的动态更新与震源的高精度定位。通过合成测试与现场实验验证该方法的有效性。合成测试结果显示,实时反演法平均定位精度较最小二乘法提升49.8%,波速反演正确率可达95%以上。现场实验中,以180 m×180 m待开采充填区域为定位成像目标,该方法所得定位误差比最小二乘法平均降低了7.074 m,各区域波速反演正确率均超过95%。该方法不仅适用于微震监测中的震源定位,还可作为采空区被动成像的地球物理探测手段。 展开更多
关键词 微震监测 震源定位 实时反演 射线追踪 波速场 先验模型
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含气砂岩三轴压缩下力学损伤演化机制研究
6
作者 杜鹏 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期192-198,共7页
通过三轴伺服渗流试验装置开展不同围压下、瓦斯压力为3 MPa的砂岩三轴压缩试验,研究含气砂岩的力学特性和损伤演化规律。结果表明:随着围压增加,应力跌落对应轴向应变变化影响较小,径向应变和体积应变不断增加。变形模量跌落具有延后性... 通过三轴伺服渗流试验装置开展不同围压下、瓦斯压力为3 MPa的砂岩三轴压缩试验,研究含气砂岩的力学特性和损伤演化规律。结果表明:随着围压增加,应力跌落对应轴向应变变化影响较小,径向应变和体积应变不断增加。变形模量跌落具有延后性,进入残余应力阶段后变形模量会发生一定的恢复,随后趋于平稳。随着围压增加,变形模量在加载的各个阶段均增加。泊松比先逐渐减小,随后在峰后发生突增;突增结束后,泊松比逐渐趋于平缓,下降缓慢。随着围压增加,泊松比基本呈现增加趋势,并且发生突增的特征点对应的轴向应变发生延后。引入考虑残余强度的含气砂岩损伤本构模型,得到损伤变量演化规律:围压在10 MPa时,损伤累积速度最快;当围压大于10 MPa后,随着围压增加,损伤累积速度呈现增加趋势。以上研究可以为实际深部矿山开挖工程的稳定性分析提供指导意义。 展开更多
关键词 围压 弹性模量 泊松比 瓦斯压力 残余强度 损伤变量
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基于3D打印的深部开采中煤矿岩体结构面剪切特性研究
7
作者 张鑫昊 王欣良 +3 位作者 马啸威 褚占福 张浩 姜政 《陕西煤炭》 2026年第1期50-55,共6页
【目的及方法】深部岩体处于极其复杂的应力环境中,但随着开采深度的不断增加,深部的围岩应力重新分布,造成部分岩体产生高应力显现。鉴于此,针对同一类岩石试件,利用3D打印技术,制备了4组不同粗糙度系数的结构面剪切试件,进行了不同法... 【目的及方法】深部岩体处于极其复杂的应力环境中,但随着开采深度的不断增加,深部的围岩应力重新分布,造成部分岩体产生高应力显现。鉴于此,针对同一类岩石试件,利用3D打印技术,制备了4组不同粗糙度系数的结构面剪切试件,进行了不同法向应力下结构面剪切实验。【结果】结果显示,结构面破坏形式基本分为3个阶段。当法向应力为2.3 MPa时,岩体较为完整,属于剪切滑移破坏。【结论】当法向应力小于16.1 MPa大于2.3 MPa时,结构面剪切时沿着起伏体中部发生破坏,为拉剪混合破坏;当法向应力为20.7 MPa时,试件上下覆岩体破坏严重,为轴向劈裂破坏;当法向应力为20.7 MPa时,粗糙度系数并不会对结构面峰值剪切强度产生较大影响,并且在同一法向应力下,粗糙度系数的改变主要影响结构面产生裂隙的数量,为判断施加于试件法向应力的大小提供了参考。 展开更多
关键词 深部开采 法向应力 抗剪强度 结构面剪切 粗糙度
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深地井巷软弱破碎围岩失效机理与稳定性控制技术研究
8
作者 肖磊 孙思赞 +6 位作者 龙向前 王光才 张发宇 杜佳辉 邵宗煌 董文麒 申岳龙 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期64-76,共13页
针对深部开采中高应力软弱破碎围岩稳定性控制的重大技术难题,本研究以云南某埋深达1500 m的铅锌矿巷道工程为研究对象,通过现场监测与FLAC3D数值模拟相结合的方法,系统揭示了深地井巷围岩的失效机理。研究确认了高地应力挤压变形、结... 针对深部开采中高应力软弱破碎围岩稳定性控制的重大技术难题,本研究以云南某埋深达1500 m的铅锌矿巷道工程为研究对象,通过现场监测与FLAC3D数值模拟相结合的方法,系统揭示了深地井巷围岩的失效机理。研究确认了高地应力挤压变形、结构面控制的块体失稳、节理裂隙主导的顶板楔形体冒落和软岩持续流变大变形等多种典型破坏模式。结果表明,巷道塑性区深度(0.86~2.85 m)受断面尺寸、地应力水平及地层特性的显著影响,其中最大主应力方向与节理面夹角是控制非对称变形的关键因素。针对管缝式锚杆在破碎围岩中因节理分布与蠕变效应导致的长期锚固力衰减问题,提出“分级协同支护”技术体系:对高应力硬岩段采用“螺纹钢树脂锚杆+钢筋网+喷射混凝土”主动支护;软弱破碎段采用“管缝式锚杆+钢拱架+反底拱”复合支护,并辅以长锚索强化关键结构面。创新性提出动态设计原则,强调支护参数需结合实时监测数据与围岩响应动态优化。工程实践验证该技术可有效控制围岩变形,为深部资源安全开采提供了理论依据与关键技术路径。 展开更多
关键词 软弱破碎围岩 数值模拟 分级支护 稳定性控制 动态设计
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不同剪切角度下不同粒度砂岩力学响应机制差异性研究
9
作者 曹中宗 明芳 +3 位作者 胡芳红 韩国辉 秦剑云 杨发军 《陕西煤炭》 2026年第1期19-26,共8页
【目的】为探究不同粒径与剪切角度下砂岩力学响应机制。【方法】采用Sigma 300扫描电子显微镜和MTS万能试验机,对不同粒径的中砂岩、细砂岩、粉砂岩3种岩样分别开展9组不同剪切角度力学试验,分析不同剪切角度下砂岩力学响应机制。【结... 【目的】为探究不同粒径与剪切角度下砂岩力学响应机制。【方法】采用Sigma 300扫描电子显微镜和MTS万能试验机,对不同粒径的中砂岩、细砂岩、粉砂岩3种岩样分别开展9组不同剪切角度力学试验,分析不同剪切角度下砂岩力学响应机制。【结果】研究结果表明,随着砂岩粒径的减小,其抗剪强度显著提升,细砂岩与粉砂岩的峰值强度分别比中砂岩提高了63.27%与89.55%;剪切应力峰值强度随剪切角度增大呈现“Z ”型变化趋势,且细砂岩剪切强度为14.93 MPa,受剪切角度影响变化的幅度最大;砂岩峰值强度转折点随粒径减小而前移,细砂岩与粉砂岩较中砂岩转折角度分别提前了0°~10°与20°~30°;在砂岩剪切破坏过程中,随着砂岩粒径的减小岩样弹性能增加幅度从0.39扩大至1.1,脆性指标从0.42提高至0.55。【结论】研究结果可为矿山巷道围岩控制技术研究提供依据,并确保矿山安全高效开采。 展开更多
关键词 粒径 微观结构 剪切角度 强度变化趋势 砂岩抗剪特性
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不同围压下砂岩能量耗散和破裂损伤演化特性试验研究
10
作者 冯鹏 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期184-191,共8页
通过模拟不同围岩应力状态,开展不同围压下常规三轴压缩试验,研究砂岩的力学特性、能量演化规律和损伤演化特性。结果表明:围压大于10 MPa后,随着围压增加,轴向应变和径向应变初期变化率均增加;可释放弹性能与耗散能相等时的特征点对应... 通过模拟不同围岩应力状态,开展不同围压下常规三轴压缩试验,研究砂岩的力学特性、能量演化规律和损伤演化特性。结果表明:围压大于10 MPa后,随着围压增加,轴向应变和径向应变初期变化率均增加;可释放弹性能与耗散能相等时的特征点对应的轴向应变之差,随着围压增加,呈现减少趋势;在不同围压下,不同试样均存在耗散能占比突增情况,但是随着围压增加,突增基本会发生延后;随着围压增加,径向应力方向能量释放增加,但是在围压达到20 MPa后,该方向能量释放程度变化较小;在加载初期,岩石内部损伤会快速累积,随后会进入稳定阶段,当达到峰值后,损伤累积会再次快速发展。以上研究对深部矿山地下工程稳定性分析和灾害防控均具有重要参考意义。 展开更多
关键词 围压 力学特性 能量演化 耗散能 损伤变量
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综放工作面切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数优化研究
11
作者 王浩森 谢猛 +5 位作者 钱程 管伟明 冯浩宸 韩小乐 李海鹏 张雪卫 《煤炭技术》 2026年第1期46-52,共7页
以山西神磊煤矿150202厚硬基本顶综放工作面为工程背景,开展了切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数优化研究。通过构建切顶后采场上覆岩力学模型,理论分析得出了切顶参数对基本顶未贯通面拉应力的影响规律,即拉应力随切顶高度增加呈近似... 以山西神磊煤矿150202厚硬基本顶综放工作面为工程背景,开展了切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数优化研究。通过构建切顶后采场上覆岩力学模型,理论分析得出了切顶参数对基本顶未贯通面拉应力的影响规律,即拉应力随切顶高度增加呈近似指数增长,随切顶角度变化呈抛物线分布。基于此,采用3DEC数值模拟软件,研究了不同切顶高度(0~19m)和角度(0°~20°)对留巷顶底板移近量及实体煤帮支承压力的影响。结果表明:增大切顶高度可显著降低留巷围岩变形与应力集中,但超过17m后效果增幅趋缓;切顶角度存在最优区间,15°时卸压效果最佳,角度过大反而会加剧留巷变形。现场试验验证了理论分析与数值模拟结果,确定该工作面最优切顶参数为高度17m、角度15°。研究成果为类似地质条件下切顶成巷技术的应用提供了参考。 展开更多
关键词 综放工作面 巷道变形 切顶成巷 数值模拟 切顶参数
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不同物料比下煤矸石基混凝土力学性能差异性分析
12
作者 杨真 郭争利 《陕西煤炭》 2026年第1期56-61,68,共7页
【目的】为减少煤矸石堆积的不利影响,节约自然资源,在混凝土配制中采用人工煤矸石作为细骨料。【方法】考虑混凝土强度等级(C30、C50)和替代率(0%、25%、50%、75%、100%),对煤矸石混凝土的力学性能进行了实验和理论研究。【结果及结论... 【目的】为减少煤矸石堆积的不利影响,节约自然资源,在混凝土配制中采用人工煤矸石作为细骨料。【方法】考虑混凝土强度等级(C30、C50)和替代率(0%、25%、50%、75%、100%),对煤矸石混凝土的力学性能进行了实验和理论研究。【结果及结论】结果表明,煤矸石会削弱水泥砂浆与粗骨料过渡区的黏结性能;无论混凝土等级如何,随着替代率的增加,煤矸石混凝土的弹性模量和轴向抗压强度都有所降低。当替代率为100%时,C30混凝土的弹性模量和轴向抗压强度分别降低3.1%和12.7%,而C50混凝土的弹性模量和轴向抗压强度分别降低6.1%和22.6%。而后,在试验结果的基础上,提出了不同替代率下煤矸石混凝土力学性能的预测公式。 展开更多
关键词 煤矸石 细骨料 力学性能 预测公式
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动载下含内部裂隙类岩体力学响应与能量耗散规律 被引量：3
13
作者 蒋力帅 杨一鸣 +3 位作者 赵阳 李皓哲 吴琦 彭晓涵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期137-150,共14页
深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力... 深部巷道围岩中煤、泥岩、砂岩等常见岩石强度较低、裂隙发育,在深部复杂力学环境下易发生动力灾害,研究内部裂隙特征对岩体的动力学响应及能量耗散规律对明晰动力灾害的发生具有重要意义。为研究内部裂隙倾角、裂隙分布对类岩体动态力学响应与能量耗散规律的影响,通过砂型3D打印制备含内部裂隙的类岩体试样,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对试样进行动态压缩试验,使用高速摄像机观察裂纹发育情况,并结合能量耗散原理和分形理论分析其动力破坏特性。研究结果表明:随着内部裂隙倾角角度增加,类岩体试样动态峰值应力和动态弹性模量先减小后增大,均在30°时最低;随着裂隙数量的增多,垂直分布裂隙对试样的动态峰值应力影响大于水平分布裂隙;试样破坏的能量耗散随裂隙倾角角度增加呈现先减小后增加的规律,裂隙倾角较小时,松散充填物的存在会加剧应力波衰减,使能量耗散增加,随裂隙倾角增加,充填物对试样的能量耗散影响逐渐减小;相同裂隙倾角下,随裂隙数量的增加,垂直分布裂隙试样能量耗散小于水平分布裂隙,与试样动态峰值应力呈正相关;随着裂隙倾角的增大,试样的分形维数先增加后减小,30°裂隙倾角时试样的破碎程度最大,试样的分形维数最大;裂隙数量的增多使试样破碎块度逐渐均匀,试样的分形维数呈现增大趋势。研究结果揭示了内部裂隙对岩体动力学特性及能量耗散的影响规律,为采用砂型3D打印技术开展复杂内部裂隙岩体动力学试验提供了重要基础,对进一步了解实际工程中深部软岩巷道围岩破裂失稳机理具有重要意义。 展开更多
关键词 动力荷载 砂型3D打印 内部裂隙 动态力学特性 能量耗散 分形维数
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干湿循环作用下砾岩力学特征及损伤劣化机理试验研究 被引量：2
14
作者 陈绍杰 薛守振 +3 位作者 尹大伟 王亚博 屈晓 马宏发 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期1-17,共17页
为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试... 为研究干湿循环作用下砾岩试样力学特征及损伤劣化机理,开展了不同干湿循环次数(0~4次,干湿循环周期10 d)下砾岩试样单轴压缩试验,分析了试样强度、变形破坏等特征,明确砾岩试样力学性能的劣化影响;建立了干湿循环前、后及过程中砾岩试样损伤劣化模型,从细观结构和组分变化方面揭示了砾岩试样损伤劣化机理。试验结果表明:(1)砾岩试样力学性能随着干湿循环次数的增加逐渐降低,在峰后阶段单轴压缩应力–应变曲线由陡峭式下降转变为延展性下降,试样塑性破坏程度增大,其破坏模式由拉伸破坏向剪切弹射式破坏转变。(2)随着干湿循环次数的增加,砾岩试样形成变形局部化带时间提前且数量增多,试样声发射振铃计数突增;在峰前阶段弹性能密度下降导致试样峰值应力降低,在峰后阶段释放能密度上升导致试样破碎程度增大。(3)在干湿循环过程中,高岭石、伊利石等矿物被溶蚀,砾岩试样内部缺陷不断扩张、收缩,与XH–0d组试样相比,破裂断口处平均孔隙率分别上升了6.96%,14.41%,24.00%和48.10%;随着干湿循环次数的增加,砾岩试样损伤加剧,有效承载结构面积下降,导致其力学性能劣化。研究成果能够为保障煤层安全开采提供一定参考。 展开更多
关键词 干湿循环 强度特征 变形破坏 能量演化 组分变化 劣化机理
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珊瑚钨矿岩体质量分级与基于Hoek-Brown强度准则的岩体强度估计 被引量：3
15
作者 雷显权 刘福春 +2 位作者 熊有为 张军 刘恩彦 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第1期158-164,共7页
岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数。结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度... 岩体强度是矿山工程安全稳定性分析的关键力学参数。结合珊瑚钨矿小型机械化开采技术攻关项目,在对岩体结构面进行详细调查的基础上,采用BQ、Q和RMR等3种方法进行岩体质量分级与稳定性评价,然后基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得准确可靠的岩体强度参数。研究结果表明:(1)灰岩岩体的优势节理面走向为NNW-SSE或NW-SE,倾向为NE或SW,倾角较大,体积节理数Jv为7.07~9.88条/m^(3),完整性系数Kv为0.55~0.63,岩体总体较完整;(2)灰岩岩体的[BQ]值、Q值和RMR89值分别为380.96,5.58和59,岩体质量等级为Ⅲ级或一般;(3)根据BQ分级结果,当巷道或采场跨度小于5 m时,围岩可基本稳定;根据Q分级结果,巷道或采场的最大不支护跨度约为6.35 m;根据RMR分级结果,当巷道或采场跨度为5 m时,围岩平均自立稳定时间可达7 d;(4)基于定量GSI和Hoek-Brown准则估计岩体强度,获得了灰岩岩体的Hoek-Brown强度参数和等效Mohr-Coulomb强度参数,为采矿设计和岩体稳定性分析提供了准确可靠的力学参数。 展开更多
关键词 岩体质量分级 岩体强度 HOEK-BROWN强度准则 地质强度指标
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流变扰动效应下红砂岩敏感邻域范围试验研究 被引量：2
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作者 王波 任永政 +5 位作者 田志银 马世纪 高翔宇 孙宏旭 王军 黄万朋 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期255-265,共11页
深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响,失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中,岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂... 深部岩体受到“强扰动”和“高地压”的影响,失稳致灾的风险逐渐增加。开展流变扰动效应理论研究是深部岩体稳定性控制的关键环节。其中,岩石流变扰动效应敏感邻域范围的识别与分析是重要组成部分。本研究在不同围压条件下通过细分红砂岩流变的轴向应力等级,选取岩石流变扰动效应下具有标志性的累计残余变形发展阶段(衰减阶段、近似等速阶段及加速阶段),结合流变扰动效应下其与岩石微观孔隙结构动力响应的一致相关性,多角度分析红砂岩流变扰动效应敏感邻域的演化特征。研究结果表明:①在不同围压条件下,红砂岩流变扰动累计残余变形的发展阶段表现出与静态流变相似的特征。随着围压的增加,其不同阶段的反应特征和速率都会发生显著变化,从而对岩体的稳定性和强度产生一定影响。②利用岩石流变扰动敏感性相关系数,进一步将红砂岩流变扰动敏感邻域划分为弱敏感区和强敏感区,并指出弱敏感区应作为流变岩体稳定性防护的关键阶段。③综合不同围压条件下的宏微观损伤演化特征响应分析,围压增大会导致红砂岩流变扰动敏感邻域范围的收缩和弱敏感区间的减少,加速了向强敏感区的特征转化。同时,随着围压的增大处于强敏感邻域内红砂岩的破坏发育速率也随之增大。本研究通过岩石流变扰动效应下对红砂岩微观孔隙结构和宏观变形量动力响应的综合分析,多角度揭示红砂岩流变扰动效应敏感邻域的动态演化特征,为深部岩体的安全开采和稳定性评估提供理论依据。 展开更多
关键词 岩石流变扰动效应 扰动敏感邻域 强敏感区 弱敏感区 敏感邻域演化特征
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考虑中间主应力和支护力的巷道围岩黏-弹塑性解 被引量：3
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作者 经来旺 冯瑜腾 +3 位作者 郑霖 谢金鑫 黄旭 经纬 《中国矿业》 北大核心 2025年第1期146-153,共8页
岩石流变特性对巷道围岩的变形具有重要影响,往往会导致围岩发生大变形甚至失稳。为了全面地分析圆形巷道围岩的变形特性,采用流变模型的串联理论,将Burgers模型与统一强度准则下的摩擦片进行组合,得到了一种考虑围岩塑性的黏-弹塑性围... 岩石流变特性对巷道围岩的变形具有重要影响,往往会导致围岩发生大变形甚至失稳。为了全面地分析圆形巷道围岩的变形特性,采用流变模型的串联理论,将Burgers模型与统一强度准则下的摩擦片进行组合,得到了一种考虑围岩塑性的黏-弹塑性围岩本构模型。在对围岩进行弹塑性分析时,考虑了中间主应力系数和支护力的影响,并利用非关联流动法则,得到了巷道围岩塑性区半径和位移解析式。结合算例分析了中间主应力和支护力对巷道围岩塑性区半径及其应力场和位移场的影响,以及位移随时间的变化规律。研究结果表明:巷道围岩先后经历减速蠕变和稳速蠕变两个阶段。在减速阶段,围岩的位移增速较大,前期支护压力大。而在稳速阶段,围岩位移增速虽略有减小,但依然需要支护保持稳定;通过增大中间主应力和支护力,可以减小塑性区半径和围岩位移,提高巷道围岩的稳定性。此外,随着时间的增加,围岩变形逐渐增大,而通过增大支护力,可有效抑制围岩发生变形的速度,在一定程度上缓解了围岩变形。 展开更多
关键词 岩石流变特性 黏-弹塑性模型 蠕变 统一强度准则 BURGERS模型 支护力
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动载循环作用下砂岩的动态力学响应及破坏特征 被引量：3
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作者 赵光明 秦志宏 孟祥瑞 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期18-33,共16页
针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征... 针对深部矿井开采过程中岩体自稳能力差、动力灾害频发等问题,采用自主研发的ZST-1500微机控制电液伺服煤岩动静组合自适应耦合试验系统,开展了不同幅值与频率的砂岩单轴动载扰动试验,分析了动载作用下砂岩动态力学响应规律与破坏特征。研究结果表明:(1)随动载幅值增加,砂岩滞回环由“疏-密”向“疏-密-疏”变化,依据动载循环期间试样塑性变形量,将动载周期划分为对数上升阶段Ⅰ、匀速损伤阶段Ⅱ和指数加速阶段Ⅲ。(2)动载对试样强度的弱化作用存在阈值,当动载水平为70%σ_(c)时,诱发砂岩发生破坏的幅值阈值在17.5%~22.5%σ_(c)范围内,低于阈值的动载作用不会造成砂岩失稳,越过阈值后砂岩强度、破坏前动载持续时间与动载幅值及频率均成负相关。(3)动载幅值与频率对砂岩弱化作用机制存在差异,动载幅值、频率均与动载单次循环平均塑性变形Δε_((i))^(-)成正相关,但Δε_((i))^(-)对动载幅值更为敏感,在阶段Ⅰ、Ⅱ内随幅值增大呈指数型增长。动载幅值主要通过提升塑性变形量来实现对砂岩的弱化作用;而动载频率提升降低了动载循环间隔,在砂岩内部形成小增量、短时、连续的损伤,从而实现对砂岩的弱化作用。(4)砂岩AE信号累计能量与振铃计数率随动载幅值的增大呈指数型变化,也随动载频率的增加同步增长。随着动载幅值增加,砂岩微观裂隙起裂、扩展程度递增,剪切裂纹占比增大;随着动载频率增大,砂岩拉伸裂纹占比增大。 展开更多
关键词 岩石力学 砂岩 循环动载 动态力学响应 渐进损伤
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不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响 被引量：1
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作者 陈岩 王嘉豪 +3 位作者 邓良涛 洪紫杰 荣腾龙 侯志强 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期29-36,共8页
目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表... 目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33~0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应。结论研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值。 展开更多
关键词 煤岩组合体 巴西劈裂 强度特征 能量特征 裂纹演化
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煤系典型岩石受载全过程光−电−声波多参数响应特征 被引量：2
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作者 张平松 刘畅 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期204-214,共11页
【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变... 【目的】岩石在载荷作用下的变形与断裂会引起潜在参数信息的变化,通过参数的动态捕捉可表征裂隙生成、扩展、闭合过程,是一种岩石健康评价的重要方法。【方法】基于搭建的多参数测试系统,开展单轴加载条件下岩石试件的分布式光纤应变、电极电流、纵波波速的同步采集,进一步构建强度−参数特征关系图谱以及参数层析成像结果,精细描述了砂岩、灰岩、泥岩3类典型岩石受载全过程多参数的时空演化特征。【结果和结论】试验结果表明:时间−压力曲线和多参数响应曲线具有较好的一致性,螺旋布设的分布式光纤应变在试件的原生孔隙压缩和线弹性阶段表现为缓慢、稳定的增长,在裂隙生成、扩展阶段表现为突然、快速的增长。试验中,砂岩、灰岩、泥岩的临破裂分布式光纤应变值分别为933×10−6,401×10−6和3790×10−6;电极电流在原生孔隙压缩和线弹性阶段变化微小,在裂隙生成、扩展阶段明显地降低、裂隙闭合时有一定回升;在原生孔隙压缩、线弹性、破裂阶段,砂岩的纵波波速分别为4.31、4.39、1.26 km/s,灰岩的纵波波速分别为4.80、4.93、3.10 km/s,泥岩的纵波波速分别为3.65、3.57、1.71 km/s。通过获得的岩石受载全过程能量值,构建了损伤变量D来评价岩石试件的损伤演化程度,砂岩的D值经历了缓增−降低−突增3个阶段,灰岩的D值经历了缓慢增大−快增−停滞−突增4个阶段,泥岩的D值经历了缓慢增大−快增−突增3个阶段。基于分布式光纤应变测试结果,探究了不同岩性岩石试件的破裂模式,为载荷下次生裂隙生成、扩展以及潜在破裂面位置预测提供支持。 展开更多
关键词 岩石受载 响应特征 分布式光纤 并行电法 数字超声波 含煤地层
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