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节理岩体剪切力学特性及裂纹扩展行为模拟研究
1
作者 蒋宇静 魏加乐 +4 位作者 陈小飞 栾恒杰 王长盛 李鑫鹏 张孙豪 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期1-11,共11页
节理参数对节理剪切力学行为和破坏模式具有显著影响,是评估工程岩体强度和稳定性的重要因素。为探究不同节理参数下断续节理岩体的剪切力学特性及裂纹扩展贯通机理,基于零厚度黏聚力单元构建了断续节理岩体直剪模型,开展了不同节理开... 节理参数对节理剪切力学行为和破坏模式具有显著影响,是评估工程岩体强度和稳定性的重要因素。为探究不同节理参数下断续节理岩体的剪切力学特性及裂纹扩展贯通机理,基于零厚度黏聚力单元构建了断续节理岩体直剪模型,开展了不同节理开度、节理连通率及法向应力下断续节理剪切数值模拟,系统探讨了节理开度、节理连通率对其剪切行为的影响。研究表明:剪切应力-剪切位移曲线呈双峰值特征,峰值剪切应力随节理连通率的增加逐渐降低,随法向应力的增加逐渐升高;模型两侧岩桥是裂纹萌生的集中区域,节理开度较大的模型通常更早萌生裂纹,节理连通率较小的模型其裂纹趋向于形成多个孤立的裂纹段,不同法向应力下裂纹萌生时间、位置和扩展过程大致相同;裂纹增长与剪切应力存在良好的对应关系,累计裂纹数量随节理开度和法向应力的增加而增多、随节理连通率的增加而降低,拉伸裂纹广泛分布于岩桥及其附近区域,剪切裂纹主要集中在断续节理面附近。 展开更多
关键词 断续节理岩体 节理开度 剪切行为 数值模拟 黏聚力单元
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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
2
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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多源数据驱动的页岩储层单井地应力智能预测方法及应用
3
作者 申宝剑 李丹 +7 位作者 何建华 徐碧兰 吴炎峰 王濡岳 蒋睿 李瑞雪 霍志周 刘坤 《地质力学学报》 北大核心 2026年第1期227-244,共18页
针对深层页岩具有“高温、高压、高应力及强塑性”的特点,现有地应力测试方法与测井解释模型存在预测精度低、耗时且推广能力弱等缺点,限制了地应力大小解释结果对页岩气勘探开发的有效指导。以川南复杂构造页岩气区块作为典型解剖区,... 针对深层页岩具有“高温、高压、高应力及强塑性”的特点,现有地应力测试方法与测井解释模型存在预测精度低、耗时且推广能力弱等缺点,限制了地应力大小解释结果对页岩气勘探开发的有效指导。以川南复杂构造页岩气区块作为典型解剖区,充分利用井点钻、录、测、压裂等各类动、静态多源数据,并结合不同实验条件下的岩石物理参数、岩石力学及地应力大小的测试技术,采用机器学习与地质力学知识双向驱动的方法,构建了多方法融合的地应力大小智能预测方法,并将精细地应力解释剖面应用于页岩气高效开发。龙马溪组一段(龙一段)页岩受有机质含量、矿物组构及围压影响,使得整体下部(1)—(4)号小层的各向异性、力学性质及孔隙弹性效应明显强于上部小层。基于这种力学特征的差异,建立了适用于深层页岩的地应力各向同性解释模型。基于实验数据、工程数据及多向标定的地应力解释人工合成数据,形成了川南地区页岩储层地应力标准数据集。采用Pearson因子算法筛选了横波时差、电阻率、声波时差及杨氏模量等敏感特征参数,优化后的轻量级与极限梯度提升混合(L-XGBoost)融合智能模型实现三向地应力大小解释精度均在90%以上,且均方根误差、平均绝对误差及决定系数分别为6.63,3.89及0.91,具有推广泛化应用能力。纵向上受龙一段页岩岩相变化引起的力学强度波动,使其内部发育了4套应力隔挡层,其中(1)号层顶与(6)号层为2套强应力隔层,储隔应力差大于6 MPa,且褶皱变形挤压应力扰动区局部派生的挤压应力会增强纵向应力的隔挡作用,使得最小水平主应力值变大,造成压裂改造效果变差。研究揭示了龙一段页岩力学各向异性受控地质因素,并据此建立了适用于深层页岩的各向同性地应力解释模型。采用L-XGBoost融合智能模型实现三向地应力预测精度超过90%,明确了龙一段页岩4套应力隔挡层发育特征及其对压裂效果的影响。研究成果将为川东南复杂构造区页岩气纵向开发小层划分和水力压裂优化设计提供科学指导。 展开更多
关键词 深层页岩 川东南 五峰组—龙马溪组 地应力大小 测井智能预测 应力隔层
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数字岩石力学工程探索与实践
4
作者 祁和刚 李海涛 +10 位作者 郑建伟 齐庆新 蔡峰 智宝岩 马冠超 王金国 薛珊珊 张海宽 张良 刘驰 刘义勤 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期55-66,共12页
传统采矿工程长期面临“开采与风险并存”的困境,其高风险属性与资源贡献的双重性在深部开采条件下愈发凸显。随着煤矿开采深度增加,静态地质条件恶化与动态工程扰动叠加,巷道围岩失稳、采场破坏等问题频发,传统岩石力学理论基于简化假... 传统采矿工程长期面临“开采与风险并存”的困境,其高风险属性与资源贡献的双重性在深部开采条件下愈发凸显。随着煤矿开采深度增加,静态地质条件恶化与动态工程扰动叠加,巷道围岩失稳、采场破坏等问题频发,传统岩石力学理论基于简化假设的局限性难以适应复杂工程场景的需求。近年来煤矿数字化、智能化建设取得显著进展,传感器技术的普及大幅提升了工程状态感知能力,但数据治理碎片化、理论认知滞后与工程实践脱节等问题,导致数字化技术面临“华而不实”的瓶颈。针对上述挑战,数字岩石力学解决方案通过融合数据规律、力学逻辑与工程经验,提出“全面感知—数字驱动—主动解危—卸压开采”的技术路径,旨在构建以数字工程为核心的科学采矿新范式。具体而言,通过数字勘探与三维建模激活静态地质信息(地质保障先行,建立透明开采基础),借助智能感知与机器学习优化动态工程环境(设计源头防灾,形成友好开采工程环境),实现从“被动应对”到“主动防控”的转变(数字工程技术实现精准卸压与联动控制的自主联动)。这一路径不仅解决了深部开采中巷道变形、采场失稳等关键技术难题,推动了工程致灾向工程防灾创新与变革,更为千米深井安全高效开采提供支撑。数字岩石力学工程化范式有望重塑地下岩石工程,为煤炭及更广领域提供可持续、安全、智能的新方案。 展开更多
关键词 煤矿数字化 数字岩石力学 深部开采 工程自防灾 智能感知 主动解危
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含卸压孔煤岩蠕变特性及非线性本构模型
5
作者 田光辉 张黎祎 +2 位作者 张清照 刘伟建 张志增 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期213-220,共8页
目的为研究卸压孔对卸压巷道长期稳定性的影响,开展不同卸压孔孔径煤岩分级加载蠕变试验研究。方法首先,对比分析不同卸压孔孔径下的煤岩蠕变特性及长期稳定性;其次,将Najar损伤理论引入煤岩蠕变中,从能量角度分析煤岩蠕变阶段的损伤特... 目的为研究卸压孔对卸压巷道长期稳定性的影响,开展不同卸压孔孔径煤岩分级加载蠕变试验研究。方法首先,对比分析不同卸压孔孔径下的煤岩蠕变特性及长期稳定性;其次,将Najar损伤理论引入煤岩蠕变中,从能量角度分析煤岩蠕变阶段的损伤特征;再次,考虑黏滞系数的硬化效应,将其视为与时间相关的非定常参数,提出参数非线性本构方程;最后,采用稳态蠕变速率拐点法确定不同卸压孔孔径煤岩的长期强度。结果结果表明,卸压孔孔径对煤岩蠕变特性、蠕变损伤和长期强度均有一定影响。蠕变阶段,卸压孔孔径对煤岩蠕变量和初始蠕变速率具有显著的尺寸效应,表现为孔径较大煤岩的蠕变量和初始蠕变速率大;蠕变过程中,损伤逐渐增大,损伤速率逐渐减小并趋于稳定,且损伤与卸压孔孔径呈正相关关系;考虑黏滞系数硬化效应,推导的参数非线性Maxwell蠕变方程能够较好地描述蠕变过程;长期强度与卸压孔孔径呈负相关关系。结论研究结果有助于维护卸压巷道的长期稳定,对预测冲击地压、保障矿山安全生产具有一定理论意义。 展开更多
关键词 煤岩 卸压孔 蠕变 损伤 本构模型 长期强度
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基于改进RMR的自然崩落法可崩性研究
6
作者 李栋 黄敏 +4 位作者 苏永定 王晨鸿 甘永刚 童建华 潘从文 《金属矿山》 北大核心 2026年第1期59-64,共6页
矿岩体的可崩性是决定自然崩落法能否顺利实施的关键因素。为解决可崩性评价方法中部分参数难以获取、评价分数离散性较大的问题,以岩体质量评价方法(RMR14)为基础,通过对其进行改进,并应用于某铜金矿可崩性评价分析。首先以RMR14法为基... 矿岩体的可崩性是决定自然崩落法能否顺利实施的关键因素。为解决可崩性评价方法中部分参数难以获取、评价分数离散性较大的问题,以岩体质量评价方法(RMR14)为基础,通过对其进行改进,并应用于某铜金矿可崩性评价分析。首先以RMR14法为基础,通过对比基本评价参数获取难易程度,认为岩石可变性参数难以获取,其与岩石单轴抗压强度(USC)之间存在函数关系,相应评分可通过岩石单轴抗压强度得出。其次,通过综合分析各评价指标权重,对各评价指标与评价得分进行函数拟合,实现连续性取值,解决RMR14评价分数离散性较大的问题,实现对RMR14法的改进。通过3DMine软件构建基于改进RMR评价体系的某铜金矿区三维数字化模型,并依据地质钻孔数据集对该块体模型的每一个块体进行克里格估值,形成评价区域整体可崩性分析模型。最后分别从高程、岩性角度进行可崩性分级评价,形成多层次全方位的评价体系。研究结果表明:使用改进RMR法得出某铜金矿整体可崩性等级为Ⅲ级,改进后RMR综合评分为52.97,属于中等可崩级别;与传统RMR14法相比,改进RMR法在缺少部分参数的情况下,能够确保最终评价结果的准确性,为工程岩体质量评价提供了重要参考。 展开更多
关键词 崩落法开采 改进RMR 可崩性 克里格估值 3DMine 钻孔数据库
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过氧化氢对气煤大分子结构及润湿性的影响
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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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深部煤层气储层割理对水力裂缝扩展行为影响机制研究
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作者 王海洋 鲁晨 +2 位作者 苏旭 王郁斐 周德胜 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期103-114,共12页
【目的】利用水力压裂技术构建大规模缝网是实现深部煤层气储层经济效益开发的重要方式。然而深部煤层气储层割理广泛发育,割理充填矿物的胶结强度差异性大,裂缝扩展过程中胶结割理与主裂缝之间交互扩展规律复杂,厘清胶结割理对水力裂... 【目的】利用水力压裂技术构建大规模缝网是实现深部煤层气储层经济效益开发的重要方式。然而深部煤层气储层割理广泛发育,割理充填矿物的胶结强度差异性大,裂缝扩展过程中胶结割理与主裂缝之间交互扩展规律复杂,厘清胶结割理对水力裂缝扩展行为的影响机理对于改善深部煤层气储层压裂改造效果至关重要。【方法】利用离散元颗粒流方法结合鄂尔多斯盆地宜川区块8号煤岩拟三轴力学实验结果,建立可模拟深部煤层气储层割理与水力裂缝交互扩展过程的流固全耦合数值模拟模型,研究割理倾角、割理充填矿物胶结强度以及压裂液黏度对深部煤层气储层水力裂缝扩展的影响机理,分析主裂缝扩展过程中诱导应力场演化对割理激活与缝网形成的作用机制。【结果和结论】水力裂缝扩展过程中在诱导应力场作用下会激活胶结强度比小于0.5的割理,产生剪切破坏为主的裂纹。水力裂缝会直接穿越强胶结的高角度割理,或者被强胶结的低角度割理阻挡并产生分叉裂缝。倾角接近最小水平主应力方向的割理更容易被激活,并有利于形成较为均匀的裂缝网络。利用低黏度压裂液压裂时主裂缝与割理相交位置会形成大规模团簇状复杂裂缝网络。高黏度压裂液有利于增大主裂缝缝长,激活更多的弱胶结割理。压裂过程中交替注入不同黏度压裂液,可以增强深部煤层气的渗透性和裂缝的控制体积,为煤层气流动提供更广泛的流动通道。研究结果为深部煤层气储层水力压裂施工设计方案优化设计以及压裂“甜点区”的优选提供理论支撑。 展开更多
关键词 深部煤层气储层 水力压裂 裂缝扩展 诱导应力场 割理
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裂隙砂岩真三轴循环加卸载损伤演化特性
9
作者 夏宁 任正涛 +2 位作者 夏彬伟 李康 胡华瑞 《地下空间与工程学报》 北大核心 2026年第1期103-112,共10页
坚硬顶板垮落步距大、块度大、矿压显现强烈,探究其损伤断裂特性对岩层控制具有重要意义。研究取样自山西省大同市矿区塔山矿工作面砂岩岩层,对试样预制不同角度的裂缝,并根据该矿工作面高强度开采实际工况设计了真三轴循环加卸载试验... 坚硬顶板垮落步距大、块度大、矿压显现强烈,探究其损伤断裂特性对岩层控制具有重要意义。研究取样自山西省大同市矿区塔山矿工作面砂岩岩层,对试样预制不同角度的裂缝,并根据该矿工作面高强度开采实际工况设计了真三轴循环加卸载试验。之后,应用基于物质点法和应变软化本构模型的数值计算工具,建立了不同切缝角度的平面加载模型。通过模型与试验结果的对比,发现该模型能够实现裂隙砂岩在循环加卸载过程中真实宏观物理裂缝的生成,能够模拟出裂隙砂岩在循环加卸载过程中复杂的物理过程。进行了不同切缝角度和不同围压下的裂隙砂岩循环加卸载损伤演化过程的模拟研究。结果表明:(1)宏观裂缝拓展偏转角会随着切缝角度的增加而增加;(2)不同切缝角度下的砂岩试样在循环加卸载时应力集中区域均由裂缝两端萌发,然后向岩石边缘和对角延伸,延伸方向在应力集中区域;(3)随着循环加卸载的进行,耗散能呈现出增加的趋势,宏观主裂缝的发育和贯通会使得耗散能激增;(4)随着围压和切缝角度的增加,峰值应力和完全破坏时的耗散能均会增加。研究成果可为煤层坚硬顶板控制技术提供理论支撑。 展开更多
关键词 物质点法 循环加卸载 裂隙砂岩 应力场 损伤演化
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激光作用下砂岩表面热响应分区特征与温度时空演化规律
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作者 谭远玲 高明忠 +4 位作者 刘军军 谢晶 杨本高 杨磊 周雪敏 《绿色矿山》 2026年第1期36-49,共14页
浅部易开采矿产资源正逐渐枯竭,矿山开发向深部延伸已成为必然趋势。传统机械破岩技术在深部高围压硬岩条件下往往面临着钻进效率降低、钻头磨损加剧和环境污染等问题。激光破岩技术凭借其高能量密度、高作用效率以及可实现远距离无接... 浅部易开采矿产资源正逐渐枯竭,矿山开发向深部延伸已成为必然趋势。传统机械破岩技术在深部高围压硬岩条件下往往面临着钻进效率降低、钻头磨损加剧和环境污染等问题。激光破岩技术凭借其高能量密度、高作用效率以及可实现远距离无接触破岩等显著优势,在深部破岩中具有广阔的应用前景。以我国西部深埋典型硬质砂岩为研究对象,采用自主研发激光致裂弱化硬岩实验装置联合有限元数值分析方法,系统讨论了激光作用下砂岩表面热响应的分区特征与温度场时空演化规律。研究结果表明:激光作用下砂岩上表面温度场呈现出典型高斯分布特征,砂岩表面温度会随激光照射时间的增加而呈整体上升且逐渐均匀趋势;激光功率是影响岩石热响应的重要因素,激光功率的提升会导致岩石温升速率和温度梯度的不断上升;光斑直径的增大则会导致激光束能量均布化,热影响范围变大,但中心区域能量聚集效应减弱;岩石热导率的增加扩大了激光热影响区范围,但使得温度水平整体呈下降趋势;比热容的增加和吸光率的减少使激光热影响区范围减小且温度水平呈下降趋势。研究成果系统揭示了激光作用下砂岩热响应分区特征以及温度场的演化规律,为深部硬岩激光破碎机制的定量化认识提供了可靠依据,也为深地激光破岩理论研究与激光破岩实际工程的参数选择提供参考。 展开更多
关键词 激光辅助破岩 砂岩 温度场 数值模拟
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岩石动态抗拉强度预测的组合模型及软件开发
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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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金厂沟梁金矿矿岩可崩性分级及综合评判
12
作者 李事捷 向卓志 +4 位作者 王瑞军 宋卫东 张建华 王文君 张文奇 《黄金》 2026年第2期42-47,共6页
矿岩可崩性分级的科学评价对矿产资源的高效开发与安全开采至关重要。以金厂沟梁金矿56号脉十九中段中深孔采场为工程背景,对矿岩进行了物理力学试验并获取巷道优势节理组,之后采用多种分级评价方法对矿岩可崩性进行了分级。为进一步提... 矿岩可崩性分级的科学评价对矿产资源的高效开发与安全开采至关重要。以金厂沟梁金矿56号脉十九中段中深孔采场为工程背景,对矿岩进行了物理力学试验并获取巷道优势节理组,之后采用多种分级评价方法对矿岩可崩性进行了分级。为进一步提升分级结果的科学性与适应性,引入模糊理论模型,对4种分级方法的评价结果进行融合计算,实现矿岩可崩性的系统化综合评判。研究结果表明,金厂沟梁金矿56号脉矿体可崩性为Ⅱ级至Ⅲ级,围岩可崩性为Ⅰ级至Ⅱ级,矿岩总体可崩性综合判定为Ⅱ级(难崩),为工程矿岩的可崩性评价提供了重要参考价值。 展开更多
关键词 金厂沟梁金矿 矿岩物理力学试验 岩体质量评价 可崩性分级 模糊理论模型
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针-针电极脉冲破岩技术研究进展与展望
13
作者 张凤鹏 陈锡楷 +2 位作者 刘传义 李欣冉 余晓涛 《金属矿山》 北大核心 2026年第1期13-21,共9页
针-针电极脉冲破岩技术作为高压电脉冲破岩领域的重要分支,因其在深地资源开发、硬岩高效破碎等工程场景中展现出的定向可控性与绿色环保特性,近年来在岩石力学与智能采矿领域备受关注。系统剖析了高压电脉冲破岩技术的分类体系、作用... 针-针电极脉冲破岩技术作为高压电脉冲破岩领域的重要分支,因其在深地资源开发、硬岩高效破碎等工程场景中展现出的定向可控性与绿色环保特性,近年来在岩石力学与智能采矿领域备受关注。系统剖析了高压电脉冲破岩技术的分类体系、作用原理及技术特点,分别从岩石物性微结构效应、水气环境耦合机制及电参数调控规律3个方面阐述了针-针电极脉冲破岩技术的研究进展。研究表明:①岩石内矿物成分及孔隙等微结构在电学、力学和热学性能方面的差异导致脉冲放电过程中电场强度、应力场和热场分布不均匀,使得岩石内出现不均匀微破裂,最终导致岩石宏观碎裂;②等离子通道冲击波在水气介质中的衰减特性与电极形态参数共同决定能量传递效率,存在最优电极间距与脉冲上升沿时间;③深部高应力环境下,岩体储能特性与脉冲参数显著影响破碎模式转变阈值。从发展趋势与应用前景看,深地环境应用中电脉冲破岩机理研究应该考虑深部岩体高应力以及高液体压力对破岩效率的影响;电脉冲设备将朝着高能量密度、高频率充放电、小型化和智能调控方向发展,解决高能量密度与体积之间的矛盾,提升系统的实时监测和精准调控能力。智能算法的应用以及高效能量存储和释放技术的突破,将推动特种破岩机器人的发展以适应特殊环境井下矿岩钻掘采需求;综合考虑岩石内在特性、应力等外部环境因素,通过优化回路电阻、电感与等离子通道电阻进行调控,提高电能利用率和破岩效果。 展开更多
关键词 高压电脉冲 破岩 等离子通道 冲击波 电脉冲设备
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流—固耦合下节理倾角对岩体劣化敏感性评价
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作者 李佩佩 肖国贤 马刚 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期47-56,共10页
水和节理对边坡岩体力学性能和破坏模式具有显著影响。为深入揭示流—固耦合作用下节理倾角(β)对岩体劣化效应及其敏感性的影响规律,基于RFPA^(2D)-Flow数值软件,开展了不同节理倾角岩体的单轴压缩试验。研究表明,节理显著降低岩体峰... 水和节理对边坡岩体力学性能和破坏模式具有显著影响。为深入揭示流—固耦合作用下节理倾角(β)对岩体劣化效应及其敏感性的影响规律,基于RFPA^(2D)-Flow数值软件,开展了不同节理倾角岩体的单轴压缩试验。研究表明,节理显著降低岩体峰值强度,但不同β岩样变形阶段演化具有一致性。声发射(AE)演化过程(平静期、稳定发展期、急剧上升期、衰减期)可有效表征损伤演化。峰值强度和峰值应变与β呈二次函数关系,弹性模量与AE参数则与β正相关,建立了β与宏细观力学参数的定量模型。岩体参数的劣化敏感性以β≈30°为界呈现显著差异:当β<30°时,岩体的变形能力(峰值应变)劣化最为敏感;当β>30°时,其抵抗变形的能力(弹性模量)为最敏感的劣化指标。该规律为边坡稳定性控制提供了明确依据,缓倾角节理边坡(β<30°)应优先关注变形控制;陡倾角节理边坡(β>30°)则需重点防止刚度劣化与失稳。本研究不仅阐明了节理倾角对流—固耦合下岩体劣化的内在规律,更为边坡工程稳定性评价提供了精细化的敏感性判据。 展开更多
关键词 流—固耦合 节理倾角 劣化效应 声发射 敏感性评价
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冲击作用下深部巷道围岩体二次破裂演化特征研究
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作者 郭军伟 薛洪运 +1 位作者 杨旭旭 吴学震 《振动与冲击》 北大核心 2026年第1期175-184,共10页
针对深部巷道岩体在高地应力强卸荷效应与冲击荷载叠加作用下普遍发生的失稳灾害问题。首先自主研发了深部巷道围岩冲击扰动模拟试验系统,再现了巷道开挖卸荷与冲击叠加作用的真实应力环境模拟,总结了初始破裂岩体4种裂隙类型和冲击下... 针对深部巷道岩体在高地应力强卸荷效应与冲击荷载叠加作用下普遍发生的失稳灾害问题。首先自主研发了深部巷道围岩冲击扰动模拟试验系统,再现了巷道开挖卸荷与冲击叠加作用的真实应力环境模拟,总结了初始破裂岩体4种裂隙类型和冲击下的一般破裂特征。然后以开挖卸荷后的初始破裂岩体为研究对象,开展单次冲击和低能循环冲击试验。试验结果表明:随着冲击能量的增加,Ⅳ型裂隙倾角最终呈现出接近于90°的贯通破坏,而倾角较小的Ⅲ型裂隙扩展方向出现明显的拐点,裂隙在冲击作用下迅速向下弯曲扩展;裂隙类型的转变使巷道围岩体的破坏区域进一步加深,原本的剪切楔体滑落转为片状鼓胀剥落,而较为稳定的卸荷远区岩体变为较破碎的剪切楔体滑落破坏;低能循环冲击下,初始破裂岩体以Ⅳ型裂隙的渐进式扩展为主导机制,损伤累积存在临界冲击次数,当裂隙体积超过40%且表面积超过60%时,岩体在后续冲击作用下发生宏观瞬时破坏。研究结果对于深部地下工程动力灾害防治具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 冲击作用 深部巷道 开挖卸荷 二次破裂 裂隙类型
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岩石拉压双模量特性对巴西劈裂抗拉强度的影响及计算方法改进
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作者 魏炯 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期176-186,共11页
岩石材料普遍具有拉压双模量特性,该特性对巴西劈裂试验中抗拉强度的测定具有重要影响,但在传统分析中常被忽视。为系统揭示拉压双模量特性对巴西圆盘弹性模量与应力分布的影响,构建了一种应力驱动的拉压双模量数值模型,开展了不同压拉... 岩石材料普遍具有拉压双模量特性,该特性对巴西劈裂试验中抗拉强度的测定具有重要影响,但在传统分析中常被忽视。为系统揭示拉压双模量特性对巴西圆盘弹性模量与应力分布的影响,构建了一种应力驱动的拉压双模量数值模型,开展了不同压拉模量比条件下的巴西圆盘力学行为研究,对比了横观各向同性模型与拉压双模量模型的计算差异,分析了拉压双模量特性对抗拉强度的影响,并提出了一种新的抗拉强度计算公式。研究结果表明:①拉压双模量特性显著影响巴西圆盘的弹性模量和应力分布,特别是在压拉模量比值较大情况下;②横观各向同性模型与拉压双模量模型在竖直方向的应力和应变计算结果具有良好一致性,但在水平方向存在较大差异;③基于各向同性假设的传统抗拉强度计算公式将高估岩石强度,计算误差随着压拉模量比值的增加而增大,最高可达54.95%;④提出的应力计算公式可准确描述巴西圆盘中心的水平应力状态,计算误差均小于5%,有效避免了因忽略拉压模量差异而导致的强度评估误差,为岩石抗拉强度的测定提供了可靠方法。 展开更多
关键词 巴西劈裂试验 抗拉强度 拉压双模量 岩石力学 数值计算
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考虑加速蠕变的巷道围岩蠕变损伤模型
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作者 吕洪淼 《中国矿业》 北大核心 2026年第2期192-199,共8页
为了研究岩石变形的长期变化规律,开展了不同荷载作用下岩石的蠕变试验。将蠕变模型与经典的蠕变曲线各个阶段一一对应起来,提出一种确定考虑加速蠕变的岩石蠕变损伤模型参数的方法,分析蠕变模型参数与应力之间的变化规律,建立应力与蠕... 为了研究岩石变形的长期变化规律,开展了不同荷载作用下岩石的蠕变试验。将蠕变模型与经典的蠕变曲线各个阶段一一对应起来,提出一种确定考虑加速蠕变的岩石蠕变损伤模型参数的方法,分析蠕变模型参数与应力之间的变化规律,建立应力与蠕变参数之间的表达式,并建立了改进后考虑加速蠕变的岩石蠕变损伤模型。采用试验曲线与模型曲线相互对比,通过分析试验曲线和模型曲线的吻合度对模型的合理性进行验证。研究结果表明:所建立的蠕变模型曲线与加速试验曲线的吻合度很高。这一发现表明所建立的模型可以克服传统西原模型无法描述加速蠕变的缺点。此外,该模型较好地预测了岩石在高应力作用下的加速蠕变特性。而σ/E_(e)的变化规律随着应力的增大而增大,这说明了岩石瞬时应变是不断增大的。随着应力的增加,E_(ve)/η_(ve)的变化趋势呈现增加的趋势,E_(ve)/η_(ve)主要控制黏弹性变化。黏滞系数η_(vp)随着应力的增加呈现减小的趋势,σ/η_(vp)随着应力的增加呈现增加的趋势。黏滞系数η_(ac)随着应力的增加呈现减小的趋势,这一现象较好地反映了加速蠕变会随着应力的增加而持续增大,σ/η_(ac)随着应力的增加呈现增加的趋势。损伤系数β_(ac)随着应力的增大而逐渐减小,然而σ/β_(ac)呈现逐渐增大的趋势。 展开更多
关键词 加速蠕变 模型参数 黏弹性 黏滞系数 损伤系数
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基于PFC的动荷载下裂隙岩体损伤演化机理研究
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作者 覃岳航 刘栋 +2 位作者 曹柳 侯宇宙 戴兵 《黄金》 2026年第2期28-36,共9页
黄金矿山深部岩体的损伤与裂隙对其力学行为具有显著影响,尤其在动态荷载作用下,裂隙扩展可能导致岩体失稳,引发工程灾害。采用离散元软件PFC对黄金矿山含预制裂隙岩石试件在冲击荷载下的动态破坏过程进行数值模拟,重点研究不同应变率... 黄金矿山深部岩体的损伤与裂隙对其力学行为具有显著影响,尤其在动态荷载作用下,裂隙扩展可能导致岩体失稳,引发工程灾害。采用离散元软件PFC对黄金矿山含预制裂隙岩石试件在冲击荷载下的动态破坏过程进行数值模拟,重点研究不同应变率及裂隙几何特征(如倾角)对岩石动态力学行为的影响。研究结果表明:应变率的增加显著提升了岩石的动态屈服强度,但对弹性模量影响较小;裂隙显著劣化岩石的动态抗压强度,预制裂隙试件的动态峰值强度远低于完整试件,且随裂隙倾角增加呈先减小后增大趋势,在45°倾角时达到最小值;冲击荷载下,平行双裂隙对试件的影响呈带状分布,随倾角增大,对岩桥区域的强度影响逐渐增强。研究结果可为黄金矿山深部开采灾害防治提供理论依据。 展开更多
关键词 黄金矿山 裂隙岩体 动态破坏 离散元法 冲击荷载 损伤 演化机理
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含气砂岩三轴压缩下力学损伤演化机制研究
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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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基于钻孔岩心的岩体质量分级评价及力学参数研究
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作者 王可祥 《采矿技术》 2026年第1期13-17,共5页
在露天矿山开采过程中,边坡稳定性是需要重点关注的问题之一。岩体质量分级和岩体力学参数是边坡稳定性分析的基础。对内蒙古维拉斯托多金属矿的不同岩性岩组开展了物理力学性质试验、工程地质调查及结构面分布统计分析,分别采用地质强... 在露天矿山开采过程中,边坡稳定性是需要重点关注的问题之一。岩体质量分级和岩体力学参数是边坡稳定性分析的基础。对内蒙古维拉斯托多金属矿的不同岩性岩组开展了物理力学性质试验、工程地质调查及结构面分布统计分析,分别采用地质强度指标(GSI)分类方法和岩体质量Q分级系统对研究区域典型岩组开展了工程岩体质量评价,并推荐了边坡工程岩体的力学参数。结果表明,云斜长片麻岩组(矿体)、石英闪长岩组属于岩体质量一般的岩体,断层破碎岩组属于岩体质量很差的岩体。研究结果可为后续边坡稳定性分析提供可靠依据。 展开更多
关键词 露天矿山 岩体质量 结构面调查 力学参数 GSI Q分级系统
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