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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：2
1
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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煤岩孔裂隙结构特征对其损伤演化规律影响 被引量：2
2
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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基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法 被引量：1
3
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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考虑中间主应力和支护力的巷道围岩黏-弹塑性解 被引量：1
4
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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岩石非线性黏弹塑性损伤蠕变模型研究 被引量：1
5
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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基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建 被引量：1
6
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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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
7
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：1
8
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：1
9
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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单轴压缩下充填体−围岩组合体力学特性与能量演化规律
10
作者 邱华富 李宇航 +2 位作者 刘浪 梁超 丁自伟 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期688-701,共14页
为研究矸石胶结充填体-围岩组合体力学特性和能量演化规律,对不同接触面倾角的组合体试件进行单轴压缩试验,对破坏过程的力学特性、声发射特征和能量演化规律进行分析。研究结果表明:接触面倾角0°、15°和30°的组合体试... 为研究矸石胶结充填体-围岩组合体力学特性和能量演化规律,对不同接触面倾角的组合体试件进行单轴压缩试验,对破坏过程的力学特性、声发射特征和能量演化规律进行分析。研究结果表明:接触面倾角0°、15°和30°的组合体试件发生延性破坏,接触面倾角45°、60°、75°、90°的组合体试件发生脆性破坏。随着荷载的持续增大,组合体试件在峰值应力处都产生大量声发射信号;随接触面倾角的增大,拉伸破坏占比呈先增加后减小趋势,在接触面倾角为45°时达到最大。不同接触面倾角组合体试件在峰值应力前弹性应变能呈非线性增加,耗散能曲线斜率随着接触面倾角增加逐渐减小;峰后破坏阶段曲线演化规律与组合体试件的破坏类型有关。延性破坏时,弹性能耗比曲线整体先下降,后在峰值应力处转为呈上升趋势;脆性破坏时,弹性能耗比曲线整体呈下降趋势,在峰值应力处达到最小值。声发射特征和能量演化规律与组合体试件破坏过程相关性较好,可为组合体破坏预测提供有效前兆信息。 展开更多
关键词 充填体-围岩组合体 矸石胶结充填体 声发射 能量演化 弹性能耗比
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渗流-应力耦合作用下砂岩蠕变特性与损伤特征研究
11
作者 许江 崔梦芹 +3 位作者 彭守建 陈奕安 饶豪魁 曹琦 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第1期144-157,共14页
为降低渗透水压作用下蠕变对工程长期稳定性造成的不利影响,利用渗流-应力耦合伺服控制加载试验系统开展不同水力梯度下的蠕变试验,探究砂岩的流变特性和渗流特性;结合三维数字图像相关技术(3D-DIC),研究砂岩的微裂纹演化规律及变形局... 为降低渗透水压作用下蠕变对工程长期稳定性造成的不利影响,利用渗流-应力耦合伺服控制加载试验系统开展不同水力梯度下的蠕变试验,探究砂岩的流变特性和渗流特性;结合三维数字图像相关技术(3D-DIC),研究砂岩的微裂纹演化规律及变形局部化特征;同时基于CT扫描技术探究砂岩的裂纹损伤特征。结果表明:(1)水力梯度越大,蠕变变形量越大,微裂纹发育扩展速率更快,应变场云图变化越明显,相较于轴向应变场云图,径向应变场云图中更早出现较大应变点和应变局部化特征;(2)水力梯度越大,应变增量越大,应变变化速率越快,砂岩蠕变寿命越短,通过建立虚拟应变片,发现砂岩局部破坏带内外的应变变化不一致,表明砂岩蠕变变形过程中存在局部化特征;(3)低水力梯度下,孔裂隙更多被压密闭合,渗流通道减少,流量不断减小,高水力梯度下,损伤不断积累,渗流通道增多,流量出现增加现象;(4)通过CT扫描可知,3条主裂纹贯通整个试样,引导砂岩破坏,同时生成次生裂纹,促进裂纹扩展,靠近砂岩的加载端,施加的渗透水压更大,砂岩上部分衍生出的次生裂纹更多,形成复杂的裂纹网络结构。 展开更多
关键词 砂岩 渗流-应力耦合 蠕变 水力梯度 变形局部化 应变增量
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动静组合载荷致损后大理岩力学特性试验研究
12
作者 赵奎 闫泽亮 +1 位作者 曾鹏 杨道学 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第3期128-136,共9页
为研究动静组合载荷致损后大理岩的力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆装置对大理岩进行4个轴压水平(0、18 MPa、36 MPa、54 MPa)和3个冲击速度水平(8 m/s、9 m/s、10 m/s)下的动静组合载荷致损试验,对致损后的大理岩进行单轴压缩... 为研究动静组合载荷致损后大理岩的力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆装置对大理岩进行4个轴压水平(0、18 MPa、36 MPa、54 MPa)和3个冲击速度水平(8 m/s、9 m/s、10 m/s)下的动静组合载荷致损试验,对致损后的大理岩进行单轴压缩声发射试验。研究结果表明:动静组合作用下,随着轴向静压的增大,大理岩动态峰值应力、动态弹性模量、波速均呈先增大后减小的变化规律;吸收能与轴向静压密切相关,在轴向静压水平较低时,岩石内部微裂纹闭合所需能量主要从冲击杆中获得,随着轴向静压的增大,岩石从冲击杆中获得的能量占比逐渐减小;随着轴向静压的增大,动静组合载荷致损后岩石的单轴抗压强度和弹性模量均呈现先增大后减小的变化趋势,轴向静压为18 MPa时,岩石的单轴抗压强度和弹性模量达到最大值,适当的轴向静压能有效提高岩石抵抗动载荷的能力,减小岩石的损伤;单轴加载破坏过程中、后期,损伤程度小的岩石出现的声发射高频信号(>400 kHz)数量越少,中、低频声发射信号(165~205 kHz)数量越多。165~205 kHz的声发射信号占比在整个加载破坏过程中呈现先增大后减小的变化趋势,可将其作为岩石破坏的前兆特征。 展开更多
关键词 动静组合载荷 力学特性 轴向静压 冲击速度 声发射信号
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循环载荷作用下裂隙煤岩组合体宏细观力学行为
13
作者 栾恒杰 贾志伟 +4 位作者 张孙豪 郭尧 蒋宇静 刘建荣 王冬 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期189-208,共20页
为研究循环载荷作用下含相同裂隙煤岩组合体损伤劣化特征,通过室内试验与数值模拟,研究了煤岩比例、循环加载幅值对岩-煤-岩组合体损伤演化及宏细观破坏机制的影响。结果表明:煤体裂隙网络主导组合体强度与破坏。在循环加卸载过程中,应... 为研究循环载荷作用下含相同裂隙煤岩组合体损伤劣化特征,通过室内试验与数值模拟,研究了煤岩比例、循环加载幅值对岩-煤-岩组合体损伤演化及宏细观破坏机制的影响。结果表明:煤体裂隙网络主导组合体强度与破坏。在循环加卸载过程中,应力-位移曲线呈现滞回效应,初期小且密集,后期大而疏松,位移随时间正弦波动变化,在失稳前几次循环位移整体增加。当颗粒受力大于颗粒胶结强度时,裂纹首先萌发于煤裂隙尖端处,之后受力集中点转移至周围颗粒,使得裂纹呈条带发育,多组裂纹条带与破碎区间形成贯穿裂纹带,使试样失去其承载能力。随着组合体中煤的比例增加,组合体强度降低、位移增大,声发射b值减小,发生失稳的循环次数降低。随着循环加载幅值增大,组合体位移增大,声发射b值减小,对组合体劣化程度加深,更易导致组合体试件失稳。 展开更多
关键词 煤岩组合体 循环加卸载 裂纹扩展 能量演化 数值模拟
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不同应变率下松软煤体动态压缩力学特征
14
作者 朱传奇 王磊 +2 位作者 刘怀谦 陈礼鹏 张帅 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期244-254,共11页
深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征,针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体,压制ø50 mm×25 mm的圆柱形型煤试样,运用分离式霍普金森压杆试验系统,开展5组冲击速度下(0... 深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征,针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体,压制ø50 mm×25 mm的圆柱形型煤试样,运用分离式霍普金森压杆试验系统,开展5组冲击速度下(0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa)煤体的动态压缩试验,获取煤体动态应力−应变曲线,计算破碎耗能及耗能密度,筛分不同粒径区间破碎煤体质量,分析煤体力学特征参数、能量耗散及破碎特征随应变率的变化规律,揭示煤体冲击破坏的应变率效应。结果表明:在试验应变率范围内,煤体初始压密阶段均不明显,且随应变率的增高,弹性变形阶段曲线斜率缓慢增大,屈服阶段有所增长,软化阶段应力降幅增大。煤体峰值应力、峰值应变、割线模量随应变率的增高均具有线性增大的变化特点,增幅分别为130.998%、111.335%、52.026%。随应变率的增高,煤体破碎耗能及破碎耗能密度均呈指数增长,破碎耗能占比逐渐增大。应变率越大,破坏后煤体小体积碎块越多,应变率由66.778 s^(−1)变化到259.154 s^(−1)过程中,碎块平均粒径由3.34 mm逐渐降低至2.49 mm,碎块分形维数由2.37缓慢增大到2.61,型煤与原煤(应变率为57.433~240.100 s^(−1))破碎特征随应变率变化趋势具有一致性。研究结果可为厘清松软煤体冲击动态力学响应过程、防控失稳灾害提供试验依据。 展开更多
关键词 松软煤体 应变率 力学特征参数 能量耗散 破碎特征
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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
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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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不同低温与加载速率下冻结饱和砂岩Ⅱ型动态断裂特性
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作者 赵涛 崔朝 +1 位作者 贾海梁 杨光宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期191-202,共12页
【背景】研究动力扰动下冻结饱和砂岩Ⅱ型断裂,包括临界应力强度因子(断裂韧度)变化特征以及能量耗散机制,对煤矿冻结井筒安全钻爆掘砌至关重要。【方法】利用分离式霍普金森压杆装置,在不同温度和不同加载速率下进行一系列动态SCC试验... 【背景】研究动力扰动下冻结饱和砂岩Ⅱ型断裂,包括临界应力强度因子(断裂韧度)变化特征以及能量耗散机制,对煤矿冻结井筒安全钻爆掘砌至关重要。【方法】利用分离式霍普金森压杆装置,在不同温度和不同加载速率下进行一系列动态SCC试验,分析了冻结饱和砂岩应力强度因子-时间曲线、断裂韧度和能量耗散机制随温度和加载速率的演化规律。总结宏观与微观层面上砂岩剪切断裂面特征,并利用核磁手段揭示了冻结效应的微观影响机制。此外,基于有限元模拟,进一步分析了断裂特性的加载速率效应。【结果和结论】结果表明:(1)随温度下降,冻结饱和砂岩断裂过程中岩石断裂韧度增大,相应地砂岩吸收的能量增加,能量利用率呈现一定的增长趋势。随加载速率增加,砂岩断裂韧度呈线性增加,岩石断裂吸收的能量也呈现增加趋势,而能量利用率呈现减小的趋势。(2)试件剪切面存在2种不同的断裂模式:“阶梯状”剪切滑移和“断口状”剪切滑移。(3)依据核磁数据总结了孔隙水冻结的3个阶段:过冷阶段,此阶段未冻水含量不变;快速冻结阶段,此阶段自由水与毛细水基本相变,大部分结合水冻结,断裂韧度迅速增加;缓慢冻结阶段,此阶段少部分结合水冻结,断裂韧度缓慢提升。(4)模拟应变-时间曲线与试验应变-时间较为吻合,表明模拟结果合理可靠,经模拟发现岩桥上出现明显的应力集中现象,并且随加载速率的增加剪应力呈现增加趋势,砂岩的断裂韧度与断裂吸收能均存在加载速率强化机制。研究成果对西部富水软岩地层冻结井筒的钻爆掘砌具有指导作用。 展开更多
关键词 Ⅱ型动态断裂 冻结饱和砂岩 断裂韧度 能量耗散 低温强化机制 加载速率
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单轴与双轴加载条件下裂隙砂岩破坏行为及前兆特征融合研究
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作者 乔兰 董金水 +2 位作者 刘建 李庆文 刘佳羲 《工程科学学报》 北大核心 2025年第9期1777-1792,共16页
为探究双裂隙岩石在不同应力条件下的破坏前兆特征,在立方体砂岩试件中预制裂隙,选择平行双裂隙和共线双裂隙两种构型.分别对预制裂隙砂岩进行单轴和双轴压缩试验,利用声发射和数字图像技术分别对岩石内部裂隙发育信息和岩石表面变形信... 为探究双裂隙岩石在不同应力条件下的破坏前兆特征,在立方体砂岩试件中预制裂隙,选择平行双裂隙和共线双裂隙两种构型.分别对预制裂隙砂岩进行单轴和双轴压缩试验,利用声发射和数字图像技术分别对岩石内部裂隙发育信息和岩石表面变形信息进行监测.借助声发射事件率函数和砂岩最大主应变场变化研究了砂岩的裂隙发育及破坏过程,结果显示砂岩呈现出渐进式破坏特征,破坏模式多是劈裂破坏占主导,并伴随压剪破坏,破坏形态多呈现出最大主应力方向的偏“I”型破坏,偶有呈现出“X”型破坏.为了表征试样的破坏前兆信息,引入了纵向应变场变异系数和纵向应变场标准差描述岩石破坏前的DIC前兆信息,借助声发射振铃计数描述岩石破坏前的AE前兆信息.借助熵权法,确定了AE前兆指标和DIC应变前兆指标的权重,得到了能反映岩石内部和表面信息的融合指标AD.结果表明,融合指标的前兆预警效果在单轴加载情况下预警时间不具有明显优势,但具有较明显的前兆特征,而在双轴加载情况下,不仅具有预警时间的优势,还具有明显的前兆特征. 展开更多
关键词 裂隙砂岩 破坏行为 破坏前兆 特征融合 双轴加载
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晒旗河磷矿岩爆防治注水参数优化
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作者 王其虎 李炎 +3 位作者 姚囝 伍蒙 骆效兵 黄兆云 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第1期9-16,共8页
湖北宜昌晒旗河磷矿目前已进入深部开采,掘进工作面岩爆灾害频发,在工作面采用注水软化围岩,以防治岩爆,合理的注水参数影响岩爆防治效果。对不同含水状态下的磷块岩进行单轴压缩试验,基于岩石强度脆性系数,分析了含水率与磷块岩岩爆倾... 湖北宜昌晒旗河磷矿目前已进入深部开采,掘进工作面岩爆灾害频发,在工作面采用注水软化围岩,以防治岩爆,合理的注水参数影响岩爆防治效果。对不同含水状态下的磷块岩进行单轴压缩试验,基于岩石强度脆性系数,分析了含水率与磷块岩岩爆倾向性的关系;采用数值模拟探究了工作面注水围岩含水率分布特征,确定了晒旗河磷矿掘进工作面最优注水参数。结果表明:当磷块岩含水率达到0.424%时,磷矿层处于中等岩爆倾向,并且再注水后强度脆性系数随含水率变化的程度不再明显;当注水时间为1 h、钻孔深度为10 m时,有效湿润距离增长率最大,注水效果最优。研究结果可为改善磷块岩注水工艺参数、降低磷矿岩爆风险提供一定参考。 展开更多
关键词 磷块岩 岩爆防治 含水率 注水时间 钻孔深度
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断层倾角对声发射信号传播规律影响的试验研究
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作者 贾宝新 李宝 +1 位作者 周琳力 陈浩 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期23-38,共16页
因存在断层和岩层间层理面等不连续界面,天然岩体并非均匀连续介质,声发射信号经过断层和层理面时传播规律必然会发生改变,因此研究断层中声发射信号的传播规律成为岩石力学的重点课题之一。基于惠更斯原理对含断层的非均匀介质条件下... 因存在断层和岩层间层理面等不连续界面,天然岩体并非均匀连续介质,声发射信号经过断层和层理面时传播规律必然会发生改变,因此研究断层中声发射信号的传播规律成为岩石力学的重点课题之一。基于惠更斯原理对含断层的非均匀介质条件下的波面方程进行推导,并通过室内相似模拟模型试验制作45°、60°、75°以及其他类型断层试件,结合超声波测速仪和DS5-16B全信息声发射信号分析仪对跨断层的声发射信号进行监测和记录,采用非线性拟合和Matlab软件数值计算的方式,研究不同倾角的断层、层理面数量对声发射信号传播速度以及信号特征的影响。结果表明:声发射信号的传播速度随着断层倾角的增大逐渐增加,传播速度与断层倾角呈正相关,断层倾角越大信号传播速度越快,信号穿过断层后传播速度会发生衰减,断层倾角越大速度衰减比例越小,层理面会使传播速度发生衰减,单个层理面对速度的影响较小,2个层理面对速度的影响较大;断层会使信号的最大幅值减小,主频率降低,频率区间向低频方向移动,断层倾角越大,最大幅值、主频率、频率区间越大。1个层理面对信号的影响较小,与无层理面的信号时频特征基本相同,2个层理面对信号的影响较大,会使信号的最大幅值、主频、频率区间有较大幅度的减小;断层的存在会导致声发射信号的瞬时能量发生巨大衰减,倾角越小衰减越为严重。研究成果可为射线理论下波速模型的建立提供理论依据。 展开更多
关键词 断层倾角 声发射信号 层理面 传播速度 能量
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横观各向同性黏弹性岩体位移反分析的唯一性研究
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作者 张志增 余浩然 +5 位作者 刘晓丽 宋丹青 刘伟建 史砚青 龚凯 葛磊 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第1期165-177,共13页
为了研究黏弹性岩体位移反分析的唯一性问题,根据弹性和黏弹性对应原理推导了横观各向同性黏弹性岩体中的圆形巷道的径向位移解析解,根据参数可辨识条件研究了横观各向同性黏弹性岩体位移反分析的唯一性。结果表明:仅知道测点位移不能... 为了研究黏弹性岩体位移反分析的唯一性问题,根据弹性和黏弹性对应原理推导了横观各向同性黏弹性岩体中的圆形巷道的径向位移解析解,根据参数可辨识条件研究了横观各向同性黏弹性岩体位移反分析的唯一性。结果表明:仅知道测点位移不能唯一地反演出全部参数,至少需要已知3个岩体力学参数,才有可能唯一地反演出其他岩体力学参数;竖向初始地应力与横向初始地应力的取值对反分析的唯一性有显著影响;待求参数越少,参数的可辨识性越强;初始地应力参数的辨识性最优,其次是泊松比、各向同性面上的弹性模量和黏性系数,各向同性面法向上的弹性模量与黏性系数最差。研究结果为岩体参数的反分析计算提供了理论依据。 展开更多
关键词 横观各向同性 黏弹性 位移解析解 位移反分析 唯一性
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