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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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含气砂岩三轴压缩下力学损伤演化机制研究
4
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
5
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
6
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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不同围压下砂岩能量耗散和破裂损伤演化特性试验研究
7
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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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
8
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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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
9
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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煤岩孔裂隙结构特征对其损伤演化规律影响 被引量：2
10
作者 赵怡晴 秦文静 +3 位作者 金爱兵 曹志国 刘金博 秦琨 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期90-101,共12页
煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤,从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因,探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重要... 煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤,从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因,探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重要因素,采用单轴压缩、CT电子扫描和核磁共振试验对煤岩力学性能和孔裂隙结构进行分析,通过煤岩裂隙分形维数和裂隙倾角分布特征,表征煤岩内部裂隙结构;同时结合数值模拟对不同裂隙倾角煤岩裂隙扩展和损伤演化规律进行分析。研究结果表明:①裂隙倾角分布特征为影响煤岩力学特性的主要因素,孔隙率为影响煤岩力学性质的次要因素。②结合室内试验和数值模拟,单一裂隙煤岩抗压强度高于复杂裂隙煤岩抗压强度;且当煤岩裂隙倾角以单一裂隙为主时,急倾煤岩抗压强度>缓倾煤岩抗压强度>倾斜煤岩抗压强度。③单一裂隙煤岩相较于复杂裂隙煤岩,复杂程度较低,煤岩初始损伤较低,在裂纹加速扩展阶段,储存的应变能急速剧烈释放,宏观表现为破碎程度较高的剪切破坏。④基于裂隙发育数量建立包含峰后阶段的煤岩损伤变量,煤岩损伤演化过程呈指数型增长,分为近似无损、初始损伤、损伤稳定发展阶段、损伤加速发育阶段、残余损伤阶段,该损伤规律可为矿山灾害预测提供理论支撑。 展开更多
关键词 煤岩 孔裂隙结构 破裂 裂隙复杂度 损伤演化
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基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建 被引量：2
11
作者 郎丁 张子鑫 +4 位作者 伍永平 余洋 余建东 武小博 张耀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期435-449,共15页
煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低... 煤岩体中不同尺度层级的节理交错,分布规律迥异,对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型(Discrete Fracture Network,DFN)构建,在保证数值计算准确性的同时降低冗余裂隙尺度对模型构建及计算机算力的影响,可为提升岩石力学数值计算效能提供新的途径。基于CT扫描与图像处理技术,提取煤样三维裂隙结构及其几何特征参数,嵌入RFPA^(3D)-CT进行单轴加载数值分析并与试件的单轴压缩试验结果进行比对,确定了煤样数值模型的细观力学参数,进一步逐级筛选出对煤样力学行为起主要控制作用的裂隙尺度层级。在此基础上,运用Baecher模型和Monte-Carlo随机模拟理论,依据主控裂隙的几何分布特征构建等效DFN模型,并通过数值模拟计算对模型的有效性进行验证。研究结果表明:研究煤体试件样本的主控裂隙尺度(迹长)不小于14 mm,对该尺度以上的裂隙与对该尺度及以上裂隙进行删减的模型相较,破坏形态由“2”型转为斜“1”型,破坏峰值强度升高了61.79%,该尺度以上裂隙的存在与否对试件模型的数值计算结果起到决定性的控制作用。基于试件的主控裂隙尺度构建了等效DFN模型,其节理几何特征与基于CT扫描的真实裂隙各项几何特征参数基本一致,其平均误差为5.16%,等效DFN模型在单轴加载作用下表现出的力学性质与CT扫描后6组全裂隙模型相对吻合,两者峰值强度平均误差为13.41%,破坏计算时步的计算效率提升了14.59%。 展开更多
关键词 CT扫描 阈值分割 裂隙几何统计 主控裂隙尺度 随机节理网络模型
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基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法 被引量：1
12
作者 赵同彬 赵志刚 +3 位作者 齐炎山 尹延春 牛旭 李淇凡 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期122-132,共11页
煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以... 煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以得到煤矿井下大量煤体应力数据。本文根据煤体钻削破坏特征,对钻头破煤进行了力学分析,以钻头钻削力为纽带,研究了钻头受力与煤体应力关系,建立了煤体钻削力学模型,给出了包含钻进多参量的煤体应力反演方程;开展不同强度和煤体应力的原煤室内钻进实验,验证了力学模型的准确性和适用性,自主研制了大直径卸压钻机配套的随钻测量装置,开展煤矿井下实测实验,获取钻头位移、转速、转矩随时间变化数据,计算得到不同钻孔深度的煤体应力,给出了卸压孔区应力场分布形态,并与钻进能量和钻进时间进行了比较分析。结果表明,室内钻进实验加载应力与钻削力学模型计算应力平均误差为4.9%、最大误差为15.7%;现场实测煤体应力随孔深呈现先上升后下降的趋势,与煤壁支承压力分布规律一致,同一钻孔的煤体应力、钻进时间和钻进能量随孔深变化曲线基本一致,表明高应力区钻孔消耗能量较多,所需钻进时间也较长;对比相邻钻孔应力发现,先施工钻孔的应力峰值较高,后施工钻孔应力峰值较低,且峰值位置向深部转移,表明先施工钻孔起到明显的卸压作用。通过建立钻进多参量和煤体应力的定量关系,进行基于大直径卸压钻孔钻进多参量的煤体应力原位测量,将大直径卸压钻孔从卸压工程孔拓展为应力测量孔,实现钻孔卸压与应力测量评估一体化。 展开更多
关键词 大直径卸压钻孔 钻削力学模型 煤体应力 钻进多参量 钻测方法
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干湿循环及循环加卸载条件下白云岩渐进损伤的能量特性研究 被引量：1
13
作者 张锋 王运敏 +2 位作者 李小双 鲁俊 侯国庆 《矿冶工程》 北大核心 2025年第4期1-7,共7页
探讨了干湿循环与循环加卸载共同作用下白云岩的力学性能及能量演化规律。结果表明,干湿循环引起的结构损伤导致白云岩由脆性破坏向延性破坏转变,表现为滞回环面积增大与峰值强度下降;循环加卸载初期具有强化作用,随后进入软化与损伤阶... 探讨了干湿循环与循环加卸载共同作用下白云岩的力学性能及能量演化规律。结果表明,干湿循环引起的结构损伤导致白云岩由脆性破坏向延性破坏转变,表现为滞回环面积增大与峰值强度下降;循环加卸载初期具有强化作用,随后进入软化与损伤阶段。能量分析结果显示,总输入能量主要以弹性应变能形式存储,耗散能比例随损伤累积缓慢增长,且由耗散能定义的损伤变量呈现“渐进—加速—稳定”的演化特征。 展开更多
关键词 岩石力学 白云岩 干湿循环 循环加卸载 能量演化 耗能比 损伤变量
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岩石非线性黏弹塑性损伤蠕变模型研究 被引量：1
14
作者 陈有亮 肖鹏 +2 位作者 杜曦 王苏然 RAFIG A 《应用力学学报》 北大核心 2025年第1期133-140,共8页
准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,... 准确描述岩石蠕变行为的各阶段特征对岩石力学与岩体工程的研究具有重要的意义。由于经典元件组合模型不能较好地描述岩石蠕变过程中的非线性特征,基于损伤力学理论及Kachanov蠕变损伤演化规律,通过改进传统的Kelvin模型和村山体模型,建立起能够描述岩石衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线性函数。将弹性体、线性Kelvin体、非线性Kelvin体、损伤黏弹塑性体进行串联,建立能够同时描述岩石瞬时弹性应变、非线性黏弹性应变、非线性黏塑性应变和黏性应变的非线性黏弹塑性损伤蠕变模型,采用Origin软件的Levenberg-Marquardt算法对模型参数进行了辨识,最后通过用不同应力水平下的砂岩单以及三轴压缩蠕变试验,验证该模型的合理性。结果表明:试验曲线和理论曲线的吻合度较高,所建模型不仅能够准确地描述岩石的瞬时弹性应变阶段、等速蠕变阶段的蠕变曲线特征,而且能够较好地描述衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段蠕变曲线的非线性特征,验证了该模型的合理性与准确性。 展开更多
关键词 岩石力学 损伤 非线性 加速蠕变 黏弹塑性蠕变模型
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随钻钻进参数优化下煤体原位应力响应特征解析 被引量：1
15
作者 张琨 王珂 +5 位作者 任建喜 冯上鑫 常鹏博 赵玉桃 苗彦平 胡俭 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期213-222,共10页
【背景】井下煤体应力空间分布状况是影响矿井安全生产和采掘工艺优化的重要因素之一,实现煤体应力定量且超前的原位预测,对于精准调控井下应力场、划分冲击危险区域意义重大。【方法】利用自主研发的随钻监测系统,开展不同钻进工况条... 【背景】井下煤体应力空间分布状况是影响矿井安全生产和采掘工艺优化的重要因素之一,实现煤体应力定量且超前的原位预测,对于精准调控井下应力场、划分冲击危险区域意义重大。【方法】利用自主研发的随钻监测系统,开展不同钻进工况条件下的煤岩钻孔室内试验,探究不同应力条件下钻进工况对钻进参数(扭矩、钻进位移)的作用规律,进而提出基于钻进参数的煤体应力测定方法,并开展了井下原位工程应用实践。【结果和结论】结果表明:(1)在钻进过程中,随钻监测系统可在干扰钻进工艺下实时监测钻进参数。钻进过程中钻进速度与钻压呈负相关关系,与扭矩呈正相关关系。(2)构建的钻进指标与煤体应力大小的函数关系拟合效果良好,拟合度达R^(2)=0.92。(3)井下原位工程验证发现,基于钻进参数煤体应力预测值和煤体应力实际值平均差异率小于10%,具有较好的一致性。该研究验证了基于钻进参数测定煤体应力的可靠性,也为实现煤体应力原位数字钻探技术提供了科学参考。 展开更多
关键词 随钻测试 钻进参数 煤体原位应力 响应特征
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不同含水率花岗岩单轴压缩力学特性及破坏特征研究 被引量：2
16
作者 庞建勇 王宇 +1 位作者 巩义鑫 李垂宇 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期81-88,共8页
为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算,得出能量演化规律。研究结果表明:... 为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算,得出能量演化规律。研究结果表明:花岗岩试样应变软化特征明显,且随着含水率增加,峰值应力逐渐减小,非线性增加趋势明显,且伴有局部起伏涨落的趋势;花岗岩试样的抗压强度、弹性模量、脆性指标均随含水率增加而减小,饱和试样与干燥试样相比下降了40.1%、33.8%、61.8%;破坏模式随含水率增加而改变,崩落破坏时剧烈程度逐渐降低,干燥花岗岩呈现脆性劈裂破坏,破坏面以近竖直裂纹为主,低含水率花岗岩的破坏模式为拉—剪复合破坏,花岗岩近竖直裂纹数量减少,倾斜裂纹增多,随含水率增大呈现拉—剪复合破坏减少而剪切破坏增多,饱和岩样以剪切破坏为主,破坏面主要为倾斜破裂面;花岗岩的含水率越大,吸收能量的能力减弱,储能速率降低,但能量耗散现象显著。研究结果可为富水地区硬岩地下工程岩石工程灾害防控提供参考。 展开更多
关键词 花岗岩 单轴压缩 含水率 破坏特征 能量演化
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蠕变损伤煤岩分段增幅循环劣化机制 被引量：2
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作者 李杨杨 张士川 +3 位作者 沈宝堂 许亚栋 党金铭 侯嘉琦 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期64-76,共13页
受开挖影响,深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤,在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害,给深部煤柱安全回采造成了严重威胁。基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验,研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加作... 受开挖影响,深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤,在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害,给深部煤柱安全回采造成了严重威胁。基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验,研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加作用下煤岩劣化特性的演化规律,分析了循环载荷下不同应力区间煤岩的强度特征及累积损伤特性,探究了循环载荷次数对煤岩蠕变损伤效应的组合作用机制,揭示了蠕变损伤效应下煤岩变形破坏过程中能量的转化机理。结果表明:煤岩在循环载荷低应力区间内受蠕变预损伤效应影响较小,随应力水平区间的上升,煤岩的长时损伤越大且非线性劣化越明显,失稳后的破裂程度越剧烈;当蠕变应力处于弹性阶段内,蠕变可使经历周期载荷煤样在强化到劣化之间存在时长不超过16 h,在高应力区间内劣化作用才得到显著呈现;循环加卸载后期,加卸载变形模量随循环次数剧烈波动,不可逆形变稳定增加,预示煤样处于即将失稳破坏的“临界点”。基于损伤力学理论创建了蠕变与循环载荷叠加作用损伤演化模型,结合试验结果发现长时蠕变后的煤样因内部劣化程度较高,储存的能量较少,应力释放有所缓和,突变失稳现象不明显;煤样储能能力的大小在蠕变损伤时长方面同样存在“临界点”,较长的蠕变损伤时长可使试样存储的可释放弹性能减小,在一定程度上延缓了弹性能的释放,减小了发生动力灾害破坏的范围。研究成果将对减少遗煤长时蠕变诱冲灾害,提高采空区遗煤回采效率,推动矿区生态文明建设具有重要的工程意义。 展开更多
关键词 蠕变 循环载荷 卸围压 损伤煤岩 非线性劣化
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离散元条件下岩石细观力学特征与声发射定量表征 被引量：1
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作者 袁安营 李唐 +3 位作者 黄昊 倪廉钦 田鑫 徐超凡 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期145-153,共9页
为揭示深部岩体破坏的细观力学本质,获取岩石破坏的前兆信息,以力链研究为主线,以非连续介质离散元理论为依据,采用PFC数值模拟方法,开展了岩石细观力学特征与声发射定量表征研究。结果表明:颗粒物质间配位数变化表明了颗粒之间粘结数... 为揭示深部岩体破坏的细观力学本质,获取岩石破坏的前兆信息,以力链研究为主线,以非连续介质离散元理论为依据,采用PFC数值模拟方法,开展了岩石细观力学特征与声发射定量表征研究。结果表明:颗粒物质间配位数变化表明了颗粒之间粘结数量的变化,进而表征了微裂纹的发育情况,且颗粒配位数与裂纹发育整体呈负相关;岩石加载过程中,“强力链带”形成于宏观破坏面附近,其延伸方向逐渐向宏观破坏面方向偏转,最终与宏观破坏面方向一致;改进了声发射模拟研究方法,将声发射演化过程划分为5个阶段,探明了声发射空间分布特征,声发射事件主要集中在岩石宏观破坏面附近,定量表征了声发射强度,在岩石峰值前存在声发射短时沉寂期,将该特征定义为岩石破坏的“临界前兆信息”。 展开更多
关键词 颗粒物质 微裂纹发育 力链演化 声发射 前兆信息
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岩性智能识别技术发展现状与实践 被引量：1
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作者 黄麟淇 魏云峰 李夕兵 《黄金》 2025年第7期1-13,共13页
岩性识别技术是分辨目标岩石类型,从而掌握地质构造特征和矿产分布的有力手段。传统岩性识别技术(如岩石手标本/薄片显微鉴定、遥感法和测井法等)存在主观性强、效率低、抗干扰性弱、工艺复杂等局限。基于传统机器学习的岩性自动化识别... 岩性识别技术是分辨目标岩石类型,从而掌握地质构造特征和矿产分布的有力手段。传统岩性识别技术(如岩石手标本/薄片显微鉴定、遥感法和测井法等)存在主观性强、效率低、抗干扰性弱、工艺复杂等局限。基于传统机器学习的岩性自动化识别方法虽一定程度上突破了传统岩性识别技术的瓶颈,但丰富的岩性特征信息难以被充分利用。基于深度学习的岩性智能识别技术逐渐表现出优异性能。基于现有深度学习模型,详细介绍VGG-16卷积神经网络通过迁移学习来识别岩性的技术流程,该技术不但可以降低对岩性标注数据量的依赖,还能通过自动捕捉岩性的高维特征信息来增加识别的泛化能力。此外,岩性智能识别技术将会在以下方向进行创新发展:构建包含多矿种、多尺度的标准岩石图像数据库;开发现场实时岩性识别系统,轻量化处理识别模型;融合岩石视觉、光谱、物理属性等多维度的数据信息,通过协同分析方法来提升智能识别模型的可靠性;构建矿山岩性动态感知系统,推动精准采矿向全流程智能化升级。 展开更多
关键词 矿山勘探 岩性识别 人工智能 深度学习 VGG-16 机器学习
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结构瞬变激励下采场煤岩静态力学响应的阶变机理
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作者 罗生虎 田程阳 +8 位作者 闫壮壮 伍永平 解盘石 韩刚 王同 孙明明 王红伟 高喜才 郎丁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第11期5054-5067,共14页
揭示采场煤岩力学响应的发生机理是煤岩灾害防治的理论基础。采用现场实测、模拟试验和理论分析相结合的研究方法,通过构建结构瞬变前、后2个稳态时的静力学模型,系统研究了采场煤岩静态力学响应阶变的发生机理。结果显示:采场煤岩的力... 揭示采场煤岩力学响应的发生机理是煤岩灾害防治的理论基础。采用现场实测、模拟试验和理论分析相结合的研究方法,通过构建结构瞬变前、后2个稳态时的静力学模型,系统研究了采场煤岩静态力学响应阶变的发生机理。结果显示:采场煤岩的力学响应与覆岩空间结构的瞬变特征密切相关。初次来压时,覆岩空间结构的瞬变具有对称性,造成其诱发的力学响应亦具有对称性;周期来压时,结构瞬变区域主要集中于工作面侧,造成其诱发的力学响应亦集中于工作面侧煤岩中;结构瞬变诱发的覆岩载荷传递路径的瞬变会对采场空间不同区域的煤岩形成不同的瞬时加卸载,导致不同区域煤岩的力学响应存在显著差异。其中,下位坚硬岩层的瞬时破断会在上位坚硬岩层的下表面形成瞬时卸载,使其瞬时下沉。与此同时,下位坚硬岩层破裂面内力的瞬时卸载,以及结构瞬变区域支撑载荷向采空区外侧转移形成的瞬时加载,会使下位坚硬岩层邻近采空区侧的部分区域瞬时回弹,而深部围岩中的部分区域瞬时下沉;受此影响,下位坚硬岩层上表面的承载量瞬时增大,支承压力峰值骤增、峰值位置向采空区侧跃迁。同时,受下位坚硬岩层的破断卸荷和下沉-回弹影响,煤体上的承载量瞬时减小,支承压力峰值骤减、峰值位置向煤体深部跃迁。随着结构瞬变区域转移载荷量的增大,下位坚硬岩层的回弹量减少,而煤体的承载量增大;随着转移载荷作用范围的增大,下位坚硬岩层的回弹量增大,煤岩受载的阶变量减小而阶变范围增大。 展开更多
关键词 覆岩空间结构 结构瞬变 力学响应 阶变机理 动力灾害 载荷传递 坚硬岩层
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