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Shear property and failure mechanism of bonded rock-cement interface:Experimental and numerical approaches
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作者 Shu Ouyang Xiaobo Zhang +4 位作者 Chi Yao Yongli Ma Jianhua Yang Zhiwei Ye Chuangbing Zhou 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 2025年第2期1018-1036,共19页
The study of the shear behavior of bonded rock-cement interface is important for understanding the strength and stability of grouted rock masses.This research aims to reveal the failure mechanism behind the shear prop... The study of the shear behavior of bonded rock-cement interface is important for understanding the strength and stability of grouted rock masses.This research aims to reveal the failure mechanism behind the shear property of bonded rock-cement interfaces.For the study,sandstone and granite joint blocks with specific morphology were fabricated by using a three-dimensional(3D)engraving technique.Bonded rock-cement joints with asperity inclination angles of 15°,30°,and 45°were prepared.Shear tests were performed on these bonded rock-cement joints to investigate the shear response and failure modes considering the effect of applied normal stress and interface morphology.Meanwhile,the two-dimensional particle flow code(PFC2D)was utilized to model the entire shear process of bonded rock-cement interfaces.The macroscopic shear behavior and mesoscopic failure mechanism were comprehensively investigated by the laboratory test and numerical simulation.The results showed that the shear stress-displacement curves of bonded rock-cement joints exhibit two distinct peaks,and the shear stress evolution can be categorized into four stages including elastic growth,rapid stress drop,secondary stress growth,and progressive softening.Significantly,the number of acoustic emission events also exhibits two distinct peaks related to the double peak of the shear stress curves.The failure of bonded rock-cement interfaces is mainly induced by shear fractures,while the failure of rock and cement blocks is primarily caused by tensile fractures.The number of shear cracks in the bonded rock-cement interfaces reaches the peak when the shear stress reaches the primary peak;whereas as the shear stress continuously approaches the residual stage,the fracture of the bonded rock-cement joints is primarily characterized by tensile cracks in the blocks. 展开更多
关键词 Bonded rock-cement joints INTERFACE Shear strength Failure mechanism PFC2D Crack
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含多条平行裂隙的岩体单轴压缩力学性能研究
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作者 付小兵 熊良宵 《山西建筑》 2026年第2期79-81,共3页
为了研究裂隙条数和裂隙倾角对类岩石试样的力学特性的影响,对含多条裂隙的类岩石试样进行单轴压缩试验和数值模拟,并分析了数值计算结果,结果表明:当裂隙条数相同时,荷载方向平行于裂隙时试样的抗压强度大于荷载方向垂直于裂隙时试样... 为了研究裂隙条数和裂隙倾角对类岩石试样的力学特性的影响,对含多条裂隙的类岩石试样进行单轴压缩试验和数值模拟,并分析了数值计算结果,结果表明:当裂隙条数相同时,荷载方向平行于裂隙时试样的抗压强度大于荷载方向垂直于裂隙时试样的抗压强度;当荷载方向与裂隙间的几何关系保持不变时,随着裂隙的条数的增加,试样的抗压强度逐渐呈减小的趋势。 展开更多
关键词 岩体 裂隙 抗压强度 水泥砂浆 数值模拟
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弱胶结软岩巷道开挖扰动应力旋转特征及支护对策 被引量:1
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作者 刘家顺 孙铠洋 +2 位作者 左建平 郑智勇 王来贵 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第2期194-206,共13页
针对西部矿区弱胶结软岩地层巷道围岩自稳能力差、变形大、支护易失效等问题,采用室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析相结合的方法,分析了开挖过程中围岩主应力旋转特征,提出针对弱胶结软岩巷道的支护对策。研究结果表明:巷道开挖... 针对西部矿区弱胶结软岩地层巷道围岩自稳能力差、变形大、支护易失效等问题,采用室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析相结合的方法,分析了开挖过程中围岩主应力旋转特征,提出针对弱胶结软岩巷道的支护对策。研究结果表明:巷道开挖过程中,巷道围岩主应力旋转幅度经历了平稳增长。剧烈扰动和恢复平稳3个阶段。在工作面推进至监测断面时围岩主应力调整最为剧烈,其中顶板和底板最大主应力增加至初始值的1.62倍,帮部增加至初始值的1.35倍;顶板和底板最大主应力倾角/方位角在岩壁处分别为30°/41°和23°/151°。随远离岩壁,最大主应力倾角/方位角呈先增大后减小的趋势,并且在距离巷道岩壁0.68R处倾角/方位角的变化达到峰值11°/5°、14°/176°;帮部最大主应力旋转角度随远离岩壁呈减小的趋势,倾角/方位角由56°/58°变化至初始状态,分别旋转了34°和32°;顶板围岩应力旋转幅度大于底板和帮部。基于巷道开挖扰动应力旋转特征,提出了考虑主应力旋转效应的弱胶结巷道锚杆(索)+金属网的非对称耦合支护技术,并进行了数值模拟分析和现场工业试验。现场结果表明:采用非对称耦合支护技术可以显著改善围岩应力状态,有效减小巷道围岩塑性范围,控制弱胶结软岩巷道变形。 展开更多
关键词 弱胶结软岩 巷道 主应力旋转 倾角/方位角 非对称耦合支护
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堤坝水泥土桩防渗墙渗透系数的概率分布类型研究 被引量:1
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作者 何金文 张诗瑶 +1 位作者 潘春玲 胡世燃 《三峡大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期36-42,共7页
在堤坝渗流破坏的风险评价和可靠度分析中,确定渗透系数的概率分布类型非常必要.基于15座堤防和土石坝水泥土桩防渗墙渗透系数的检测数据,根据K-S检验判别可通过的概率分布类型、误差平方和最小识别最优概率分布类型、Bootstrap方法模拟... 在堤坝渗流破坏的风险评价和可靠度分析中,确定渗透系数的概率分布类型非常必要.基于15座堤防和土石坝水泥土桩防渗墙渗透系数的检测数据,根据K-S检验判别可通过的概率分布类型、误差平方和最小识别最优概率分布类型、Bootstrap方法模拟K-S检验及最优概率分布类型识别结果的统计不确定性.结果显示:2座水库根据K-S检验最大偏差最小与根据误差平方和最小确定的水泥土桩渗透系数最优概率分布类型不一致;15个工程中威布尔分布被识别为水泥土桩渗透系数最优概率分布类型的有14个,对数正态最优仅1个;水泥土桩渗透系数的概率分布类型取对数正态与威布尔分布的累积分布函数差值随变异系数的增大而增大,变异系数为0.75时最大差值达0.088.当备选概型为截尾正态、对数正态、截尾极值Ⅰ型和威布尔分布时,堤坝水泥土桩防渗墙渗透系数的优势最优概型为威布尔分布.研究结果可为堤坝水泥土桩防渗工程的渗流破坏可靠度计算提供概率分布类型. 展开更多
关键词 堤防 土石坝 水泥土桩 渗透系数 概率分布类型 统计不确定性
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基于正交试验的尾砂废石复合胶结充填体强度研究
5
作者 张耀平 朱训文 +2 位作者 雷大星 刘波 邹雄刚 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第7期93-99,共7页
为解决某矿山固废堆积严重、充填体整体强度低等问题,以尾砂、废石为充填骨料,并添加聚丙烯纤维制备充填料,通过正交试验,探究了灰砂比、废石级配指数、纤维掺量对充填料浆坍落度和充填体强度的影响,并确定最佳充填材料配比。结果表明:... 为解决某矿山固废堆积严重、充填体整体强度低等问题,以尾砂、废石为充填骨料,并添加聚丙烯纤维制备充填料,通过正交试验,探究了灰砂比、废石级配指数、纤维掺量对充填料浆坍落度和充填体强度的影响,并确定最佳充填材料配比。结果表明:影响充填料浆坍落度的主次因素依次为废石级配指数、纤维掺量、灰砂比,而影响充填体28 d抗压、抗拉强度的主次因素则依次为灰砂比、纤维掺量、废石级配指数;灰砂比减小和废石级配指数增大均削弱充填体强度,纤维掺量为0.6%时,充填体强度最大;构建了主要因素耦合影响下的充填体强度及坍落度的拟合函数,根据拟合函数建立了主要因素与充填体性能各指标之间的影响关系三维模型图,均符合Z=Ax2+By2+Cx+Dy+Exy+F的关系;基于正交试验和矿山实际需求,得到最优充填材料配比参数:灰砂比1∶5、废石级配指数0.8、纤维掺量0.6%,在此条件下,充填料浆的流动性和充填体强度均能满足矿山的充填要求,且充填材料的成本相对较低。 展开更多
关键词 尾砂废石复合胶结充填体 充填体强度 正交试验 拟合函数 最优配比
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微生物砂浆与岩石界面的剪切强度及胶结特性
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作者 邵光辉 孔祥泰 +3 位作者 陈海涛 黄容聘 狄志强 刘鹏 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第6期1142-1151,共10页
客土喷播复绿高陡裸岩坡面时喷播土体易于剥落,在裸岩表面喷覆微生物砂浆具有提高喷播土体与岩面附着力和稳定性的应用潜力。为此,开展微生物砂浆胶结石灰岩界面剪切试验,研究微生物砂浆与岩石界面的剪切强度变化规律和胶结作用机理。... 客土喷播复绿高陡裸岩坡面时喷播土体易于剥落,在裸岩表面喷覆微生物砂浆具有提高喷播土体与岩面附着力和稳定性的应用潜力。为此,开展微生物砂浆胶结石灰岩界面剪切试验,研究微生物砂浆与岩石界面的剪切强度变化规律和胶结作用机理。结果表明,胶结后的微生物砂浆-岩石界面的黏聚力和摩擦角分别可达到45.6 kPa和26.40°,微生物矿化胶结对界面的摩擦角影响不大。微生物砂浆的崩解率与碳酸钙生成量呈负指数幂相关,当碳酸钙生成量高于2.5%时,微生物砂浆具有较好的水稳定性。岩面上覆微生物砂浆中具有丰富的孔隙结构,界面剪切破坏主要是砂颗粒与碳酸钙结晶体的接触面剥离,以及碳酸钙结晶集合体内部断裂。研究结果可为微生物岩土技术应用于岩质边坡的生态防护工程提供参考。 展开更多
关键词 微生物岩土 岩质坡面 剪切强度 界面 胶结特性
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西部地区钻井法凿井新型马头门力学特性研究
7
作者 姚直书 郑定康 +2 位作者 张辉 乔成 朱建 《安徽理工大学学报(自然科学版)》 2025年第1期83-91,共9页
目的西部地区钻井井筒深井马头门所处侏罗纪煤系地层岩性松软、强度低,围岩稳定性差。针对钻井井筒马头门常规结构,为改善衬砌及相连钻井井壁极易产生破坏等问题。方法提出一种钻井井筒马头门新型结构形式,新型结构使用沥青制品板将钻... 目的西部地区钻井井筒深井马头门所处侏罗纪煤系地层岩性松软、强度低,围岩稳定性差。针对钻井井筒马头门常规结构,为改善衬砌及相连钻井井壁极易产生破坏等问题。方法提出一种钻井井筒马头门新型结构形式,新型结构使用沥青制品板将钻井井壁与马头门衬砌由刚性连接变为弱连接。采用大型计算软件对新型马头门结构和常规马头门结构的位移和应力分布特征进行分析对比,并对比不同厚度沥青板支护效果。结果数值模拟结果揭示了该种新型马头门结构的受力变形机理,与常规结构相比,井壁结构中第一主应力、竖向变形分别减小了67.30%、18.51%;并提出沥青制品板厚度在8~14mm时结构受力效果好。结论采用新型结构后,沥青制品板起到良好的变形调压作用,有效改善了连接处井壁的受力状况。研究结果可为特殊地质条件下马头门的设计施工提供参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 弱胶结软岩 深井马头门 新型结构 数值模拟
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适用于采空区治理及残矿回收的“人工关键层”构建及应用 被引量:2
8
作者 胡世利 邱景平 +1 位作者 孙晓刚 熊博 《金属矿山》 北大核心 2025年第1期48-55,共8页
为实现采空区治理与残矿回收的有效结合,以内蒙古某矿山为工程背景,基于关键层理论,采用废石散体水泥灌浆胶结充填采空区构建“人工关键层”,支撑采空区的顶部围岩;采用废石散体黄沙料浆胶结充填其他采空区,进一步控制采空区变形。通过... 为实现采空区治理与残矿回收的有效结合,以内蒙古某矿山为工程背景,基于关键层理论,采用废石散体水泥灌浆胶结充填采空区构建“人工关键层”,支撑采空区的顶部围岩;采用废石散体黄沙料浆胶结充填其他采空区,进一步控制采空区变形。通过“人工关键层”与胶结充填体、围岩之间的耦合作用,达到了平衡地应力和控制围岩变形的目的。分别通过理论计算与数值模拟方式,系统研究了“人工关键层”厚度、耦合体应力特征及地表沉降值分布规律。研究表明:“人工关键层”作为再生顶板具有较好的稳定性,关键层厚30 m时最大地表沉降2.17 mm,满足《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》对地表沉降的要求。根据数值计算获得应力分布与位移特征,确定了由上而下、由边至中的施工原则,以及“构建‘人工关键层’—现状采空区治理—残矿回收—采空区综合治理”的施工步骤,达到了采空区治理与残矿回收的双赢效果,对于类似矿山有一定的参考意义。 展开更多
关键词 采空区治理 残矿回收 废石散体 水泥灌浆 人工关键层
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深层含沥青溶孔-溶洞型碳酸盐岩微观导电特性--以四川盆地高石梯—磨溪地区寒武系龙王庙组为例
9
作者 吴丰 梁芸 +4 位作者 唐松 李昱翰 田兴旺 杨辉廷 李锋 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第1期288-303,共16页
沥青广泛存在于深层碳酸盐岩储集空间中,沥青不仅严重影响储层物性与含气性,还导致储层测井电阻率响应复杂,增加了含沥青碳酸盐岩储层有效性评价、流体性质判别与含水饱和度计算的难度。以四川盆地安岳气田高石梯—磨溪地区寒武系龙王... 沥青广泛存在于深层碳酸盐岩储集空间中,沥青不仅严重影响储层物性与含气性,还导致储层测井电阻率响应复杂,增加了含沥青碳酸盐岩储层有效性评价、流体性质判别与含水饱和度计算的难度。以四川盆地安岳气田高石梯—磨溪地区寒武系龙王庙组含沥青溶孔-溶洞型碳酸盐岩为研究对象,开展微米CT扫描数据分析研究,采用数字岩心技术对储层孔隙结构和沥青充填特征进行表征,建立不同沥青含量和不同含水饱和度条件下的三维岩石导电模型,利用有限元方法开展岩石导电数值模拟,研究了沥青对碳酸盐岩导电特性的影响机理。研究结果表明:①含沥青溶洞型与溶孔型碳酸盐岩电阻率值与沥青含量呈正相关、与含水饱和度呈负相关。②溶孔型碳酸盐岩的狭窄喉道更易被沥青堵塞,使其导电性受沥青的影响较溶洞型碳酸盐岩更大。③低含水饱和度状态下,地层水主要以束缚水膜的形式赋存于储集空间表面,沥青使束缚水膜变得不完整,导致溶洞型和溶孔型碳酸盐岩电阻率急剧增大。④相比含沥青溶洞型碳酸盐岩,含沥青溶孔型碳酸盐岩具有更大的胶结指数(m)和更小的饱和度指数(n)。 展开更多
关键词 沥青 电阻率 数字岩心 胶结指数 溶孔 碳酸盐岩 高石梯—磨溪地区 四川盆地
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爆破动载下锯齿状岩-充界面胶结充填体损伤规律 被引量:1
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作者 邱泓杰 邱贤阳 +4 位作者 张舒 史秀志 陶明 曹日红 曹铭宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2037-2050,共14页
地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。运用连续介质理论和有限差分法数值... 地下矿山采矿和充填作业过程中形成的胶结充填体在爆破动载作用下的损伤失稳与岩-充界面形态有直接关系。以往研究常将岩-充界面简化为平面状,但根据采场空区探测结果,岩-充界面往往具有锯齿状特征。运用连续介质理论和有限差分法数值模拟软件,建立了3种不同形态的锯齿状岩-充界面胶结充填体模型为试验组,1种平直状岩-充界面胶结充填体模型为对照组;推导岩体爆破等效腔腔壁上的爆炸荷载,并将其添加到数值模型中以模拟二步骤采场边孔爆破;结合充填体破坏损伤判据,研究了爆破动载作用下胶结充填体动力损伤响应,获得了岩-充界面锯齿宽度S_(W)、灰砂比C_(SR)、孔边距S_(HD)、垂直应力σ_(h)等因素对充填体损伤范围和破坏模式的影响规律。结果表明:平面状岩-充界面下胶结充填体的损伤区域形状近似于矩形,而锯齿状岩-充界面的锯齿宽度越大,胶结充填体的损伤区域形状越接近菱形,更易发生楔形破坏;当σ_(h)相近时,对于C_(SR)不同的两层相邻胶结充填层,C_(SR)越大,充填体各质点的峰值振动速度衰减越慢,损伤区域面积也随之越大,相邻两层充填体之间越容易因振动速度不一致而诱发层间错动;当C_(SR)相同时,σ_(h)越大,损伤区域面积越小。此外,胶结充填体的损伤区域面积与S_(HD)呈明显负相关。在工程实践中,当边孔药量不可减小时,应选择合理的S_(HD)以维持胶结充填体矿柱稳定。 展开更多
关键词 爆破动载 胶结充填体 岩-充界面 动力响应 损伤
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基于响应面-遗传算法的胶凝砂砾石配合比优化
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作者 任文渊 范明辉 +2 位作者 焦宇浩 李润阳 杨普新 《建筑材料学报》 北大核心 2025年第11期1101-1110,共10页
为了探究不同二级配下胶凝砂砾石(CSGR)的工作性能和力学性能,开展了单因素试验和基于响应面法设计的多因素试验,讨论了砂率、水胶比、二级配单因素及交互作用对CSGR性能的影响,建立了二次多项式回归模型,同时基于非支配排序遗传算法(NS... 为了探究不同二级配下胶凝砂砾石(CSGR)的工作性能和力学性能,开展了单因素试验和基于响应面法设计的多因素试验,讨论了砂率、水胶比、二级配单因素及交互作用对CSGR性能的影响,建立了二次多项式回归模型,同时基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了多目标优化。结果表明:水胶比对CSGR的振动压实(VC)值、抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比均有显著影响,二级配与水胶比交互作用对抗压强度具有显著影响;NSGA-Ⅱ实现了“VC值-抗压强度-劈裂抗拉强度”的多目标优化,为CSGR提供了可靠且多样化的配合比选择,对胶凝砂砾石坝的实际施工与推广应用具有极高的参考价值。 展开更多
关键词 胶凝砂砾石 振动压实(VC)值 力学性能 响应面法 遗传算法 配合比优化
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热流固耦合作用下干热岩地热井套管-水泥环胶结面应力场分析
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作者 赵新波 秦翊玮 +4 位作者 吕健 梁凯 何晓红 赵世军 张立松 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第5期66-78,共13页
干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、... 干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、套管内注入水与地层之间温差所引起的热载荷、孔隙流体的热渗效应(T-O),建立干热岩地热井套管-胶结面-水泥环-地层组合体热流固耦合模型。通过拉普拉斯变换和逆变换,对模型进行求解,并与已公开发表的温度场数据和径向应力场数据进行比对验证。以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩井为工程背景,得到了井筒系统内各界面随时间发展的温度曲线和径向应力曲线,发现套管-水泥环胶结面处的温度在2.3 d左右降低到套管内壁温度,而径向应力开始有短暂的降低后增加,径向应力最小值为6.31 MPa。进一步分析胶结面的热流固耦合参数对干热岩地热井套管-胶结面界面径向应力的影响规律,结果表明:当胶结面的弹性模量、泊松比、T-O系数与水泥环的相应属性相近时,或者较低的地层温度和较小的胶结面孔隙率,均能减小套管-胶结面界面处的径向应力,因而更有利于套管-胶结面-水泥环-地层组合体的完整性。该结论对干热岩地热井保护井筒的完整性具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 干热岩地热井 热流固耦合 套管-水泥环胶结面 应力场 理论解
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巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征及发育高度预测方法 被引量:2
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作者 李怀展 孙兢超 +4 位作者 郭广礼 唐超 郑辉 张连贵 孟凡贞 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期289-300,共12页
巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度对陕蒙弱胶结矿区煤炭生产安全与地下水资源保护具有十分重要的意义。研究发现该矿区上覆白垩系岩层具有厚度大、强度低、结胶性差且节理不发育等特点,然而该地区煤炭开采时覆岩破坏剧烈导水裂隙带发... 巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度对陕蒙弱胶结矿区煤炭生产安全与地下水资源保护具有十分重要的意义。研究发现该矿区上覆白垩系岩层具有厚度大、强度低、结胶性差且节理不发育等特点,然而该地区煤炭开采时覆岩破坏剧烈导水裂隙带发育较高,裂采比达到30左右,严重威胁矿井生产安全。如何精准预测巨厚弱胶结覆岩导水裂隙发育高度,已成为巨厚弱胶结矿区煤炭安全高效开采的关键之一。基于此,以石拉乌素矿区某工作面为研究背景,利用UDEC数值模拟软件结合实测数据,探究了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征,得出了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带整体形态呈“△”特征,与东部呈“马鞍形”特征具有显著差异,且其形态及发育高度受采高、弱胶结岩层厚度和位置等因素影响,巨厚弱胶结覆岩对导水裂隙带发育形态及高度有较显著的控制作用。在此基础上,采用板理论建立了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度预测模型,并在石拉乌素矿区进行了应用,验证了构建模型的有效性和准确性。 展开更多
关键词 弱胶结覆岩 覆岩裂隙发育形态 导水裂隙带高度 预测模型
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弱胶结砂质泥岩破岩类材料优化制备及其贯入特性
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作者 程桦 吴志哲 +2 位作者 王晓云 郭龙辉 胡方宇 《安徽理工大学学报(自然科学版)》 2025年第1期74-82,共9页
目的针对西部侏罗系弱胶结砂质泥岩钻井法凿井破岩相似模型试验类材料的配制需求及其破岩效率低下问题。方法基于砂质泥岩物理力学特性与钻井法凿井破岩工况,配制砂质泥岩破岩类材料,分析不同配比类材料的物理力学特性,采用极差分析法... 目的针对西部侏罗系弱胶结砂质泥岩钻井法凿井破岩相似模型试验类材料的配制需求及其破岩效率低下问题。方法基于砂质泥岩物理力学特性与钻井法凿井破岩工况,配制砂质泥岩破岩类材料,分析不同配比类材料的物理力学特性,采用极差分析法对破岩类材料强度进行敏感性因素分析;并开展破岩类材料滚刀贯入试验,研究不同侧限应力条件下的钻井法凿井滚刀破岩效率。结果石膏掺量是影响类材料抗压强度的关键因素,胶砂比是影响类材料抗拉强度与抗剪强度的关键因素;当m砂∶m水泥∶m石膏∶m高岭土∶m水∶m减水剂=10∶12.5∶7.5∶1.5∶6∶0.2时,类材料的物理力学特性满足砂质泥岩的相似条件要求。结论两种状态类材料试样的荷载-贯入度曲线均可分为非线性变形阶段、线弹性变形阶段、裂纹萌生和扩展阶段、峰后破坏阶段4个阶段,自然状态试样为脆性破坏,饱水状态试样为塑性破坏,两种状态类材料试样的比能耗、抗侵入系数均与侧限应力呈正相关,但相同侧限应力时,饱水状态试样的比能耗与抗侵入系数均小于自然状态试样,降低平均值分别为28.7%、28.5%。研究成果可为西部侏罗系弱胶结砂质泥岩地层钻井法滚刀破岩试验和破岩机理研究分别提供类材料配比参考与理论指导。 展开更多
关键词 钻井法凿井 弱胶结砂质泥岩 破岩类材料 滚刀贯入试验 破岩效率
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不同围压和泥质含量对弱胶结砂岩变形及强度特性的影响 被引量:1
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作者 王振康 代金秋 +2 位作者 闫春岭 陈上元 张静 《煤矿安全》 北大核心 2025年第9期199-209,共11页
西部矿区弱胶结砂岩具有成岩作用弱、胶结性差(泥质胶结)、力学强度低以及易软化等特殊属性,而其特殊属性与应力环境和泥质含量密切相关。为探讨不同应力环境和泥质含量对弱胶结砂岩变形及强度特性的影响,基于X射线衍射测试分析结果,分... 西部矿区弱胶结砂岩具有成岩作用弱、胶结性差(泥质胶结)、力学强度低以及易软化等特殊属性,而其特殊属性与应力环境和泥质含量密切相关。为探讨不同应力环境和泥质含量对弱胶结砂岩变形及强度特性的影响,基于X射线衍射测试分析结果,分别对4组不同泥质含量水平的弱胶结砂岩试样开展不同围压条件下的常规三轴压缩试验。结果表明:弱胶结砂岩的峰值轴向应变、弹性模量及泊松比均随围压增大而显著线性增加,而弹性模量随泥质含量增加而显著线性减小,围压增大削弱了泥质含量对峰值轴向应变、弹性模量及泊松比的影响;弱胶结砂岩的峰值强度和残余强度均随围压增大而显著线性增加,而峰值强度、残余强度及黏聚力均随泥质含量增加而显著线性减小,围压增大削弱了泥质含量对力学强度的弱化作用;随着围压或泥质含量的增加,弱胶结砂岩试样均由脆性剪切破坏转变为塑性张拉破坏形式。 展开更多
关键词 围压 泥质含量 弱胶结砂岩 围岩变形特征 强度特性 巷道支护 围岩控制
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隧道围岩透明相似材料强度特征与配合比研究
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作者 谢朋 李葱葱 +4 位作者 段虎辰 文海家 李良勇 李昭捷 王永卫 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期219-227,共9页
随着透明化物理模型试验在隧道工程力学机制与变形特征研究中发挥越发显著的作用,同时满足透明度和相似原理要求的围岩相似材料成为保证试验结果与实际工程相契合的关键.本文基于正交试验数据的统计分析,总结配置的透明胶结土相似材料... 随着透明化物理模型试验在隧道工程力学机制与变形特征研究中发挥越发显著的作用,同时满足透明度和相似原理要求的围岩相似材料成为保证试验结果与实际工程相契合的关键.本文基于正交试验数据的统计分析,总结配置的透明胶结土相似材料的强度特性,探索用于表征隧道围岩特性的相似材料配合比量化设计方法.首先,选取熔融石英砂、纳米级白炭黑、正十二烷混合15#白油为原材料,设计2因素3水平的正交试验,完成重度、内摩擦角及黏聚力数据的测定;然后,应用串联法分别拟合表示重度、内摩擦角、黏聚力与石英砂粒径、胶石比(纳米级白炭黑与石英砂质量比)之间相互关系的多元非线性回归方程;最后,通过多元回归方程的联合求解,完成石英砂粒径、胶石比和几何相似常数的确定.试验结果表明:1)所配置的透明胶结土相似材料的重度、内摩擦角和黏聚力数值的变化区间分别为16.13~12.53kN/m^(3)、27.07°~14.82°和31~2.3 kPa,剪应力-剪切位移曲线均具有峰后平台型、峰后跌落型的特点;2)T检验和F检验的结果显示拟合得到的三个非线性回归方程自变量对因变量影响极其显著,方程本身真实可靠;3)将重度和内摩擦角的回归方程联立,解算石英砂粒径和胶石比,求得的石英砂粒径和胶石比数值代入黏聚力回归方程完成黏聚力的计算,计算黏聚力与原地层黏聚力的比值,得几何相似常数.构建了一种新型的相似材料配合比和几何相似常数量化设计方法.研究成果以期为隧道工程可视化物理模型试验设计提供理论支撑与数据参考. 展开更多
关键词 隧道工程 量化设计方法 多元非线性回归 隧道围岩 透明胶结土
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深部巨厚弱胶结覆岩下开采岩层积聚能量演化特征及矿震风险控制方法
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作者 张鑫 郭广礼 +5 位作者 王西宝 刘莉 王帅合 公续升 王玲 邵轲 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第34期14541-14551,共11页
西部地区覆岩中普遍存在厚度较大、岩性复杂的弱胶结岩层,给区域煤炭安全开采带来了巨大隐患。以石拉乌素煤矿巨厚弱胶结覆岩下厚煤层深部开采为工程背景,采用理论分析与有限元数值模拟相结合的方法,研究了岩层与地表移动变形的特殊性,... 西部地区覆岩中普遍存在厚度较大、岩性复杂的弱胶结岩层,给区域煤炭安全开采带来了巨大隐患。以石拉乌素煤矿巨厚弱胶结覆岩下厚煤层深部开采为工程背景,采用理论分析与有限元数值模拟相结合的方法,研究了岩层与地表移动变形的特殊性,分析了采动覆岩能量积聚及演化特征。结果表明:开采宽深比小于0.88时,志丹群砂岩层对地表起着关键的控制作用,各层位岩层尚未发生破断,导致开采前期地表下沉明显偏小,当宽深比达到1.31时,关键岩层发生破断,地表下沉急剧增大;随着开采区域面积的增大,上覆岩层能量积聚的范围和量级逐渐增大,顶板位置的震动波能量在走向和倾向方向上分别呈拱形和U形的分布特征;推导了基于复合承载体的“充-垮-留”工作面宽度设计方法,经验证能够有效减小岩层下沉和震动波能量积聚。研究结果可为矿震风险控制与主动防治提供一定参考。 展开更多
关键词 巨厚弱胶结覆岩 岩层移动变形 地表沉陷 能量积聚演化 矿震防治
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水作用弱胶结软岩巷道顶板裂隙发育特征
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作者 岳阳 阳元中 +1 位作者 马斌 郭敬中 《煤矿安全》 北大核心 2025年第11期110-119,共10页
为研究弱胶结软岩巷道顶板在顶板水影响下的裂隙发育特征,以西部某矿110301掘进工作面为背景,采用雷达探测,实测分析了顶板裂隙发育情况;在此基础上开展试验,分析了顶板岩体的吸水性、水弱化强度与损伤,并通过数值模拟进行了裂隙发育过... 为研究弱胶结软岩巷道顶板在顶板水影响下的裂隙发育特征,以西部某矿110301掘进工作面为背景,采用雷达探测,实测分析了顶板裂隙发育情况;在此基础上开展试验,分析了顶板岩体的吸水性、水弱化强度与损伤,并通过数值模拟进行了裂隙发育过程反演。结果表明:顶板覆岩垂向裂隙发育高度可达10.5 m,且裂隙集中在浅部2 m范围内;顶板岩体力学参数与含水率均呈负相关关系,且岩体在低含水率下对应的声发射振铃数较活跃,含水率增大致使多数声发射信号缺失,声发射累计振铃数随含水率呈增多—减少—增多的趋势;顶板垂直位移随岩体含水率增大呈变加速变化,含水率低时的垂向深部岩体阻止了浅部裂隙向上发育,抑制了变形;当含水率逐渐增大并趋于饱和时,岩体塑性发育转为流变,垂向裂隙急增、变形加剧,从而导致顶板失稳。 展开更多
关键词 弱胶结岩体 水软化作用 顶板裂隙 声发射 数值模拟反演
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硬质合金镶齿滚刀破岩力学机制与破岩参数优化研究
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作者 肖建成 周辉 +4 位作者 张颢 赵声志 于洋 齐资源 师锐 《硬质合金》 2025年第6期20-30,共11页
硬质合金镶齿滚刀(简称“镶齿滚刀”)是破碎高磨蚀性硬岩地层的有效工具,但其独特的破岩机制尚未被充分认知。本文采用自主研制的多功能线性破岩试验平台,对单轴抗压强度为100 MPa的灰岩开展镶齿滚刀线性破岩试验,分析破岩力时程曲线、... 硬质合金镶齿滚刀(简称“镶齿滚刀”)是破碎高磨蚀性硬岩地层的有效工具,但其独特的破岩机制尚未被充分认知。本文采用自主研制的多功能线性破岩试验平台,对单轴抗压强度为100 MPa的灰岩开展镶齿滚刀线性破岩试验,分析破岩力时程曲线、岩石表面破碎形貌及截面形态,并与传统钢刃滚刀进行对比;研究刀间距(60~90 mm)与贯入深度(3~5 mm)对破岩力的影响规律,建立破岩力的定量预测模型。结果表明:镶齿滚刀破岩呈现以法向力为主导的周期性跃进特征,在岩石表面形成周期性破碎轨迹与大块片状破碎岩块,揭示了齿下冲击-挤压与齿间张拉-剪切的复合破坏机制;在不同间距与贯入深度下,存在“关联切削”与“非关联切削”两种模式。针对灰岩,当贯入深度为3 mm时,岩石试样仅在60 mm刀间距下出现一定程度的“关联切削”;当贯入深度为4~5 mm且刀间距60~80 mm时,岩石试样均出现“关联切削”,镶齿滚刀平均破岩法向力与切向力均小于初始切削,且平均破岩法向力与切向力随刀间距和贯入深度的减小而降低。本文通过系列实验,构建了破岩力与贯入深度、刀间距的非线性数学模型,证实破岩力与二者均呈正相关。 展开更多
关键词 镶齿滚刀 硬质合金 破岩机制 参数优化
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伊犁四矿弱胶结软岩巷道围岩控制技术研究及应用 被引量:1
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作者 张官禹 黄其文 张斌 《煤炭技术》 CAS 2025年第1期52-56,共5页
以新疆伊犁四矿21113工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟以及现场实测等手段,围绕浅埋弱胶结软岩巷道破坏特征及控制技术展开了一系列研究,研究结果表明:伊犁四矿弱胶结软岩巷道围岩变形特点为自稳时间短、应力释放明显,泥岩遇水... 以新疆伊犁四矿21113工作面为工程背景,通过理论分析、数值模拟以及现场实测等手段,围绕浅埋弱胶结软岩巷道破坏特征及控制技术展开了一系列研究,研究结果表明:伊犁四矿弱胶结软岩巷道围岩变形特点为自稳时间短、应力释放明显,泥岩遇水易软化、出现无征兆冒顶,岩体自重大、顶板出现下沉,支护结构受力不耦合、支护单元破坏等。根据围岩变形特点提出了对巷道围岩及时支护、喷浆封闭、拱形断面、加长支护的联合支护技术,经过现场工业性试验以及观测数据证明,该联合支护方案,能够很好地控制巷道变形,21113上顺槽巷道从开始回采到结束未出现瞬发变形、顶板切落、锚杆(索)断裂及钢带撕裂等情况,巷道变形及维护满足工作面顺槽的使用要求。可为伊犁矿区弱胶结软岩巷道支护设计和施工提供指导作用。 展开更多
关键词 弱胶结软岩 巷道支护 联合支护 控制技术
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