一、岩石材料的双T~2强度理论及其应用(论文文献综述)
李成杰[1](2021)在《深部巷道爆破卸压机理与围岩稳定性研究》文中研究指明深部岩体开挖过程中,巷道围岩应力集中过大往往导致巷道失稳破坏,影响安全生产。卸压爆破作为一种有效的围岩支护方式,通过转移岩体的应力来达到支护效果,对高应力下爆破卸压机理深入研究,可为巷道围岩支护与安全性评价提供依据,有利于安全生产。在深部岩体爆破为背景下,本文以巷道爆破卸压前后的围岩体为研究对象,以理论分析和试验相结合,并借助数值模拟的方法,从单一炮孔周围岩体和巷道围岩体两个层面对爆破降压的机理开展了研究。依据高应力岩体中的爆炸应力波衰减指数,并考虑深部岩石动态拉、压强度的应变率效应,理论计算了不同地应力环境下柱状装药爆破岩体粉碎圈与裂隙圈范围。基于强弱组合岩体的静动态力学试验,分析了损伤弱化岩体的变形吸能特性,为爆破后弱化岩体可产生卸压作用提供了依据。从炮孔围岩爆炸损伤角度出发,对孔周损伤围岩进行了重新分区,相对定量地分析了爆破作用过程炮孔围岩应力与能量转移规律。结合双向加载下平板相似模型试件爆破试验,再现了卸压过程。在此基础上,从巷道整体稳定性角度考虑,将爆破损伤区域进行简化分区,借助FLAC3D模拟软件,探究了不同区域内应力分布与能量积聚情况,深入探讨了深部巷道卸压爆破作用机理。主要成果如下:(1)深部岩体中爆炸应力波衰减规律不同于浅部,地应力越大,衰减指数越大。岩体爆破损伤范围受到围压影响,等围压条件下,粉碎圈半径与裂隙圈半径随着围压的增大而逐渐减小,且裂隙圈半径减小更快。此外,随着围压增加,较低围压下裂隙圈半径降低幅度较大,说明裂纹起裂对围压比较敏感。双向不等压下,裂纹更易沿着偏应力方向扩展,而在垂直于偏应力方向上,裂纹扩展受到抑制,形成的裂隙圈范围呈椭圆形,偏应力越大,促进或抑制作用越明显。(2)损伤组合体静、动态变形破坏过程中两种组分彼此影响,损伤体促进未损伤体的径向变形破坏,而后者对前者则有抑制作用。无论是在静载还是动载下,损伤组合体中损伤体所积聚的应变能均要大于未损伤体,且损伤程度越高,两种组分积聚应变能差别也越大。相比单体试件,动载下损伤组合体中损伤体破碎程度更大,未损伤体破碎程度则更小。“煤-岩组合”特定“损伤”形式下的组合体静、动态破坏过程所吸收能量的75%以上用于损伤体的破坏,表明损伤后的岩体可以吸收较多的能量。(3)炮孔周围裂隙圈之外的岩体仍受到爆炸应力波的较大加载作用,据此在传统爆破损伤分区基础上增加了“应变硬化圈”概念。“应变硬化圈”的形成是爆破后试件加载过程弹性模量短时增大现象的根本原因,其存在一定时效性。爆破作用改变了炮孔周围岩体的应力分布与能量积聚状态,减小了应力与能量密度峰值,并使高应力或高能量密度积聚区向远离炮孔方向转移。除了炮孔钻取过程带走应变能外,爆破作用瞬间也耗散掉孔周岩体积聚的大量弹性能,远处岩体变形过程又会进一步促进岩体部分应变能转化为耗散能,这些因素促成了岩体爆破卸压效果的实现。(4)双向加载下平板爆破模型试验表明爆破可以达到卸压的效果,爆破瞬间沿炮孔径向的压缩与扰动作用导致了“应力降”的出现。“应力降”的产生类似爆破扰动下的流变现象,爆破时试件的应力状态越接近试件强度极限,爆破扰动对试件造成的损伤就越明显。双向加载下的外部应力与爆炸内部应力作用,导致试件最终以平行板面劈裂破坏为主。平板爆破试验出现的“应力降”现象是爆破作用下孔周岩体应变能瞬间释放的结果,试件爆破后继续加载下的能量再消耗过程对应着巷道围岩爆破后损伤岩体的进一步压缩变形过程。(5)利用FLAC3D模拟软件分别构建了三种不同损伤程度与弱化区厚度下的爆破弱化计算模型。爆破弱化作用对弱化区与内部塑性区径向变形影响较大,损伤程度与弱化区厚度越大,径向位移增加越明显,位移增量中来自外部弹塑性区的部分则越小,并造成弱化区与内部塑性区体积增大。(6)爆破作用降低了弱化区附近岩体的径向应力与切向应力,降低幅度随损伤程度与弱化区厚度增大而增大,同时使切向应力峰值逐渐向岩体深处转移。爆破弱化过程可导致外部弹塑性区岩体能量密度积聚,损伤程度与弱化区厚度越大,外部弹塑性区能量积聚越明显。爆破后岩体所积聚的应变能密度要小于爆破前岩体应变能密度,体现了爆破弱化岩体过程可以达到卸压效果。图[89]表[9]参[130]
刘丰茂[2](2020)在《周期加—卸载下砂岩本构模型及损伤演化特性研究》文中研究说明在岩石地下工程中,尤其是隧道或地下井巷等工程开挖时其地下岩石周围的应力场将发生变化,岩石原有受力情况被破坏,同时伴随着新应力场的形成。随着开挖工程的不断进行,周围岩石将长期处于旧平衡状态被打破至新平衡状态被形成的周期中。另外,普遍认为地下项目安全性的关键在于对岩石材料力学响应的研究,其中岩石损伤本构演变关系是必不可少的一环。因此,本研究针对砂岩力学损伤和化学-力学耦合损伤状态,根据Weibull数学分散公式和统一准则体系,确立了考虑试件周期加-卸载情形下的砂岩损伤演变关系。此外,研究还进行了岩石损伤本构因子分析、岩石微元强度分析和岩石弹性模量分析等过程,并通过拟合对比各类试验数据,结果显示拟合情况较好。通过公式推导求出各参数的函数表达式,引入控制变量法对各损伤本构参数进行对比分析,得出各参数实际物理意义。根据参变量以及试验阈值,确立了修正后的新的砂岩损伤演变关系。最后,根据参变量和能量法,进一步明确了不同方向下损伤变量的演化规律及特性。研究进行不同等级周期加-卸载、单轴加载、饱水周期加-卸载和化学-力学耦合周期加-卸载四种试验,同时,为降低数据分析量并保证试验的可行性,选取典型试验曲线并对第1次、13次、25次加-卸载数据进行拟合分析,结果表明:(1)研究建立的周期加-卸载状态下的砂岩损伤本构关系与力学损伤和化学-力学耦合损伤试验数据的拟合程度较好,且校正参数较高,表明该本构关系满足砂岩损坏的力学响应,具有较高的可行性与合理性。(2)研究采取控制变量法对不同参数进行分析,确定出参数实际意义,即参数F0可以展现出岩石试件宏观状态下的强度特点,参数m则能够展现出岩石试件微观下的强度分布特点。(3)根据Weibull参量以及试验阈值,确立了修正后的新的砂岩试件损伤演化关系,该修正关系理论上将更满足实际情况。(4)根据Weibull参量和能量法,探讨了试件损伤的变化情况,得出各加-卸载等级损伤因子与应力、应变关系图像及拟合表达式,这将有利于岩石试件损伤本构演变关系的更好发展。图[26]表[4]参[56]
裴峰[3](2020)在《纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制》文中认为随着浅部矿产资源的日益枯竭,我国逐渐进入深部开采阶段,片帮、岩爆、局部大变形等灾害较浅部在频度和强度方面显着增加,成为深部地下工程建设亟需解决的问题。深部地下工程灾害是由岩石本身力学性能、所处复杂地质环境和开挖扰动力学响应引起的。埋深的增加导致地应力升高,而高地应力导致的围岩片帮、剥落、岩爆以及大变形则是制约深竖井设计和施工的关键因素。深部地层岩石在高地应力作用下力学特性及工程响应较浅部岩石存在明显差异,导致地下工程灾害具有多发性和突发性。因此,开展高地应力作用下深竖井围岩稳定性研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划项目-深部金属矿建井与提升关键技术,从金属矿深竖井开挖围岩稳定性分析及控制这一科学问题出发,依托纱岭金矿在建深竖井为工程背景开展研究。基于深部地层地应力场分布特征、室内岩石力学试验、数值模拟和理论分析,系统研究了不同赋存深度岩石在动、静载荷作用下力学性能、能量演化与分配比例和失稳破坏过程及随深度变化规律,结合声发射监测技术进一步探讨了不同赋存深度岩石失稳破坏过程中声发射信号的频率、时序特征以及硬脆性岩石高地应力作用下致灾机理。最后,采用数值模拟方法模拟了纱岭金矿主井开挖应力场、变形场、能量场、塑性区和围岩损伤程度特征及其随深度变化规律,揭示了围岩失稳破坏机制,并提出相应失稳控制理论和技术措施。相关研究成果对深部建井围岩稳定性分析以及开挖支护提供了理论支撑。主要研究成果如下:(1)在纱岭金矿建井工程区地层完整性分析的基础上,针对主井、副井、回风井的3个深钻孔内进行水压致裂地应力测量,获得了纱岭金矿建井工程区560~1532 m范围内地应力场随深度变化规律。分析了最大水平主应力方向与山东渤海沿岸地区最大水平主应力方向的关系,从板块运动的角度解释了最大水平主应力方向形成的机制,明确了建井工程区深部地层岩石所处复杂地层环境和地应力场特征。(2)选取井筒穿越变辉长岩和花岗岩两种岩石为主要研究对象,通过X射线衍射试验(XRD)和双目透反射偏光显微镜观察得到了岩石基质的类型、矿物组成和微观结构。对不同赋存深度岩石开展了动、静加载作用下岩石力学试验,从力学特性、破坏形态、声发射信号和失稳破坏演化过程分析了深部地层岩石物理力学性能、脆性破坏特征及随深度的变异性。同时,对岩样破裂断口进行电镜扫描获得了破裂断口细观形貌,从细观角度分析了硬岩的脆性破坏机制。最后,基于多重判据冲击倾向性判别准则对深部岩石冲击倾向性进行评价,采用冲击危险性和冲击危险势指标表征深部地层岩石发生冲击破坏的可能性及强度。(3)岩石储能能力是片帮、岩爆等灾害能量判据的重要指标,基于岩石极限储能理论研究了深部地层岩石储能能力随深度变化规律。综合考虑给定深度和周围应力环境因素,通过特征应力以及两个阶段能量随围压的变化规律,揭示了围压对岩石渐进破坏的影响。利用循环加卸载试验分析了深部地层岩石加载过程中力学参数的演化规律,表明了循环载荷对岩石强度参数具有强化和损伤双重效应作用,进而反映岩石能量存储与耗散特征,同时提出了修正后的CWFS(粘聚力弱化摩擦强化)模型;系统分析了岩石加载失稳破坏过程中输入能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度演化过程及分配规律,进一步揭示了岩石峰前以积聚弹性应变能为主、耗散能为辅的能量演化规律,同时阐明了能量演化及分配规律的围压效应;最后,从能量耗散角度分析了岩样损伤与应力水平之间的关系,基于耗散能发展规律建立了围岩失稳破坏能量判据,揭示了深部地层围岩损伤破坏能量机制。(4)岩石等脆性材料破坏过程能量耗散主要用于裂隙结构面的产生及其相互摩擦,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对深部花岗岩开展不同冲击速度作用下动态力学试验,得到了深部地层岩石动态抗压强度、破碎形态、能量耗散与冲击速度之间的关系,并与静态加载试验结果进行对比分析。探讨了冲击过程中耗散能密度、透射能密度、入射能密度等随冲击速度的演化规律,揭示了冲击破坏后破碎岩样分形维数特征,进一步研究了深部地层围岩突发式失稳破坏的内在机制。(5)基于声发射(AE)监测技术,从特征参数(计数率、能量率、累计计数、累计能量)和波形(幅值和峰频)两方面研究了不同深度地层岩石加载失稳破坏过程AE信号与应力水平之间的关系以及随深度变异性特征,反演了不同应力水平下岩石的稳定性,提出了岩石失稳破坏的声发射前兆信息。通过循环加卸载试验研究了不同赋存深度冲击性岩石加载过程中的不可逆性,得到了不同受力及变形阶段声发射信号变化特征及规律,揭示了岩石内部损伤程度的非线性加剧过程。同时探讨了加卸载过程中声发射b值演化规律,为进一步反演岩石损伤及破坏机制提供了理论依据。(6)综合考虑岩体声波波速随深度的变化、岩芯质量完整性、地下水、地应力分布特征和室内岩石力学试验的基础上,采用Hoek-Brown强度准则合理获得不同深度地层岩体力学参数。利用FLAC3D数值模拟软件分析了纱岭金矿主井穿越复杂地层应力场、变形场、塑性区特征及随深度变化规律,总结了围岩力学响应的时空演化规律和特征。采用破坏接近度指标分析了围岩损伤范围与破碎程度随深度变化关系,同时确定了最小支护深度和安全支护深度的范围。通过深竖井开挖后围岩能量积聚特征,确定了围岩能量积聚范围,合理预测了井筒围岩片帮、岩爆发生位置及强度,同时提出了相应卸压及支护措施。综合影响围岩稳定的多种因素对纱岭金矿主井地层进行了危险区划分,开展了围岩稳定性分析并提出深竖井施工围岩支护设计方案。
折海成[4](2020)在《页岩井壁多因素扰动细观损伤特性及稳定性研究》文中研究说明页岩气是一种清洁、高效的能源资源和化工原料。我国页岩气储量丰富,居全球第一,有必要加大页岩气的勘探开发力度。但是,页岩地层在钻井过程中频繁发生井壁失稳、井下故障和复杂,严重影响了页岩气勘探开发。引发页岩地层井壁失稳因素包括复杂的井壁围岩地质环境和应力状态以及页岩层理/裂缝十分发育,还包括钻井施工过程对井壁围岩产生如开挖应力卸荷、地层热交换、页岩水化和钻井施工动力等多方面扰动。本文以涪陵气田焦石坝地区龙马溪组地层为例,综合运用分析测试、仿真计算、模拟实验、理论分析等手段,考察了龙马溪组页岩试样矿物成分、岩心岩貌和层理结构对页岩力学性能的影响;研究了页岩气井钻井施工过程中扰动因素如何引起井壁应力状态变化和岩石力学强度劣化,明确了试样表面和内部孔隙和裂缝的发育与扩展演化规律;建立了页岩扰动统计损伤模型和损伤本构模型,及井壁围岩抗剪和抗拉破坏准则,可以预测井壁围岩的坍塌压力和破裂压力,为石油企业提供井壁失稳预警,实现钻井全周期内安全平稳的钻进提供理论指导。取得的主要研究成果如下:(1)通过采用扫描电镜、图像数字化分析软件和核磁共振等现代微细观测试技术,提出了一种按照dmax/dmin比值分类考察试样表面孔隙和裂缝演化扩展发育和以T2能谱与孔径分类考察试样内部孔隙和裂缝演化扩展发育的损伤定量化方法,并利用T2能谱信号强度推导出试样孔隙率计算公式。并将系统研究了钻进施工过程中动力冲击扰动、应力卸荷扰动、地温传递扰动和页岩水化扰动后的页岩试样表面和内部微细观孔隙和裂缝的损伤演化特性,可以揭示页岩受各种扰动微细观损伤的深层机理。(2)通过理论分析、力学推导和计算仿真的方法,分别分析了由机械钻井破岩、钻柱振动碰摩、地层应力卸荷、地层温度热传递和页岩水化等因素扰动下的井壁上的附加应力场分布规律。并结合室内模拟试验,考察动力冲击扰动、应力卸荷扰动、热传递扰动和页岩水化扰动后的试样表面和内部不同类型的孔隙和裂缝所占比例变化规律,研究试样微细观孔隙和裂缝的发育与扩展演化规律,揭示了各种扰动损伤宏观力学机理:动力冲击扰动损伤属于动剪切力扰动,损伤演化行为是以中、大优势孔隙的剪切错动扩展为主;应力卸荷扰动损伤是属于静剪切力扰动,损伤演化行为也是以中、大优势孔隙的剪切错动扩展为主,且具有扰动集聚区;热传递扰动损伤是属于体缩拉伸致裂,产生张拉裂痕为主,损伤演化行为是以整体微、中、大孔隙都有扩展发育,没有优势孔隙和局部化效应;页岩水化扰动损伤属于体积膨胀挤拉致裂,损伤演化行为是以微小孔隙发育和扩径为主。(3)基于各因素扰动后页岩试样体变和力学性质的劣化响应,采用连续损伤理论和强度统计理论相结合,以体积膨胀率作为考察变量,建立了页岩各因素扰动统计损伤模型。在某一种因素扰动作用后,再通过三轴压缩试验继续讨论页岩加荷作用下的损伤劣化规律,本文以动力扰动和加荷下岩石的总损伤变量代入到损伤本构方程,建立了基于Drucker-Prager损伤准则的页岩动力扰动-加荷耦合统计损伤模型和统计损伤本构模型。(4)将地层影响因子和总扰动损伤变量代入Mohr-Coulomb强度准则和抗拉强度准则,建立了考虑多因素扰动损伤井壁围岩抗剪切破坏准则和抗拉破坏准则,可以确定井壁围岩的坍塌压力、破裂压力计算模型,以及井壁失稳预警系统,为石油企业技术应用提供理论指导。
汪日堂[5](2020)在《正常固结饱和黏性土的三剪统一有限变形弹塑性本构模型研究》文中研究指明许多岩土方面的理论研究和工程计算方法都是基于小变形理论而建立的,然而小变形理论具有一定的局限性。在复杂的地质条件和应力状态下,岩土工程中可能会出现土体变形较大的问题隐患,基于小变形理论得到的计算结果与工程实际会存在较大的偏差,对于工程实际采用有限变形理论进行分析更为合理,因此将有限变形理论用于岩土工程分析是目前的研究热点之一。本文基于有限变形理论,建立正常固结饱和黏性土的三剪统一弹塑性本构模型,通过数值模拟、试验对比研究其正确性和适用性。本文的主要研究内容和结论如下:1.为反映土体位移与应变的非线性关系和变形过程中刚体转动的影响,基于有限变形理论建立本构模型;为反映土体应力与应变的非线性关系和应力状态变化的影响,以三剪统一强度准则作为破坏准则,采用等量代换法和坐标平移法分别推导出非定值的破坏应力比。将其引入修正剑桥模型中,建立正常固结饱和黏性土的率型弹塑性本构模型。为研究有限变形本构模型的适用性,基于小变形理论建立增量型弹塑性本构模型与之进行对比分析。2.以江西红黏工作为研究对象,进行一系列室内土工试验以确定试验土样的基本物理参数。制备压实度分别为80%、85%、90%的试样,采用逐级加卸载的方式,进行等压固结、等压回弹及等压再固结试验,以确定试验土样的压缩指标。并将三种压实度的试样在200kPa、400kPa、800kPa三种围压下进行常规三轴不排水压缩试验和常规三轴排水压缩试验,得到试验土样的抗剪强度指标和应力应变关系曲线。3.运用FORTRAN程序语言进行两种本构模型的常规三轴不排水压缩试验和常规三轴排水压缩试验数值模拟,通过数值模拟结果与试验数据对比,采用等量代换法的有限变形本构模型数值模拟所得应力应变关系曲线与试验结果最为吻合。通过误差分析,有限变形本构模型能更准确地反映高孔隙率黏性土的大变形特性;在不同的围压下,有限变形本构模型所得误差变化不大,能更好地反映土体的强度和变形特性。在不排水条件下,偏应力和孔隙水压力与围压呈正相关性,有效偏应力与土样的初始压实度呈正相关性,孔隙水压力与初始压实度呈负相关性。在排水条件下,偏应力和体应变与围压呈正相关性,偏应力与土样的初始压实度呈正相关性,体应变与初始压实度呈负相关性。4.为反映土体在复杂应力状态下的强度和变形特性,进行排水和不排水条件下的真三轴应力状态数值模拟,并设定不同的初始压实度和中间主应力影响系数b,以研究二者对真三轴应力状态下正常固结饱和黏性土应力应变关系的影响。在不排水条件下,偏应力和孔隙水压力与b值呈正相关性,偏应力与初始压实度呈正相关性,孔隙水压力与初始压实度呈负相关性。在排水条件下,偏应力和孔隙水压力与b值呈正相关性,偏应力与初始压实度呈正相关性,体应变与初始压实度呈负相关性。
武磊[6](2020)在《高温后大理岩物理力学特性试验研究》文中研究表明在土木、地质、采矿等众多工程领域中,诸如煤炭地下气化、核废料深层储置以及地下工程火灾灾后修复及加固等都不可避免地涉及到高温后岩石的强度与变形特性,其相关物理力学参数是岩石地下工程开挖、支护设计、围岩稳定性分析等不可或缺的基本依据。在围压0MPa~15MPa、温度25℃~800℃、高温时间1h~3h条件下,通过对不同高温时间和不同温度处理的大理岩进行超声波测试及三轴压缩试验,本文详细分析了高温后大理岩物理力学特性参数的变化规律,研究了高温后大理岩的破坏特征及破坏形态,并进行了物理力学特性参数的相关性分析,取得的主要成果如下:(1)本试验所用大理岩的主要矿物为白云石和方解石,含量分别为90%、9%,其物理特性阈值温度区间约为200℃~300℃。温度超过300℃后,大理岩内部方解石加快分解,白云石颗粒表面出现大量裂纹,大理岩逐渐变为白色。(2)高温后大理岩质量、体积、密度、超声波波速等烧蚀率随温度和高温时间的增大呈不同形式、不同速率的指数增大趋势。波速比(纵横波波速比值)随温度的升高呈指数降低趋势。动弹性模量、动剪切模量和动体积模量随温度的升高呈线性降低趋势,随高温时间的增多呈指数降低趋势。动泊松比随温度和高温时间的增大呈指数降低趋势。高温后大理岩动弹性参数、密度、波速之间均呈正相关关系。(3)大理岩力学特性的阈值温度区间约为300℃~400℃。高温后大理岩峰值强度、弹性模量、变形模量、泊松比、剪切模量和体积模量随温度和高温时间的增大呈不同形式、不同速率和不同路径的线性降低和指数降低趋势。大理岩弹性模量、变形模量、泊松比、剪切模量、体积模量与峰值强度均呈正相关关系。温度和力对岩石的耦合影响是非线性的。随着温度的升高,大理岩弹性变形阶段变短,塑性变形增多,岩石明显软化。大理岩裂纹闭合应力、起裂应力和损伤应力所占峰值应力比值随围压的增大而增大。随着温度和高温时间的增大,大理岩裂纹闭合应力比值明显增大,起裂应力和损伤应力比值逐渐减小。围压为0MPa时,大理岩试件破坏形态以轴向拉伸破坏为主。围压为5~15MPa时,试件破坏形态以斜面剪切破坏为主,并且温度越高,高温时间越长,主破裂面破裂角越大。(4)高温后大理岩峰值强度与波速、密度之间呈正相关关系,动弹性参数与静弹性参数之间呈正相关关系。峰值强度与波速、密度之间关系可用二次多项式函数表示。动、静弹性参数之间关系可用线性函数表示。以上关系式可为高温后大理岩相关物理力学参数的预测和选取提供有力的参考。
吴禄源[7](2020)在《煤层覆岩离层突水灾害演变机理研究》文中认为煤层开采的扰动作用致使其覆岩失去其原有的力学平衡,物理特征相差较大且相间的岩层因不协调变形而产生沿层面法向压曲,形成凸透镜状空间,其上位坚硬岩层裂隙和其它含水体重的水逐渐释放汇集到离层空间中,当离层扩展和其中水积累到一定程度时,由于采动作用和水压作用致使离层空间的下位岩层破断使离层积水沿新的导水裂隙通道下泄到采场,称之为顶板离层突水。离层水的特点来势凶猛,瞬时涌水量大,冲击力强会带来巨大的机械设备等损失和人员伤亡,因此对于离层水害的机理研究十分必要。离层水害的判定与预测涉及到岩石的损伤破坏规律、岩层整体的变形规律、离层水的流动特征等复杂的物理过程。为了进一步揭示离层突水的演化规律,本文采用实验室实验、理论分析、现场试验以及数值模拟等方法,结合离层水害的区域矿井,针对煤层覆岩的矿物成分与物理力学参数特征、岩石的损伤破坏规律、岩层整体的变形规律以及离层水的涌突规律进行系统的研究,得到的研究成果如下:(1)揭示了典型离层水害矿区上下位岩层的岩石矿物成分与物理力学特性与差异性。在离层水害区域现场钻取不同深度的岩石进行矿物成分鉴定以及力学试验,对比分析相邻岩层岩石成分的差异性以及弹性模量、泊松比和屈服强度等力学参数的差异性,从微观的角度分析离层水害区域岩层中矿物成分与物理力学性能的差异性是煤层覆岩间产生离层的先决条件,该研究可为离层水害的判定提供一种简单的地质判定方法。(2)建立基于等围压三轴实验的岩石损伤统计本构模型。基于统计强度理论、连续损伤力学以及Weibull分布函数,将岩石的损伤分为荷载损伤与环境损伤,推导出损伤演化方程,采用Z-P屈服准则判断岩石的微元破坏,根据岩石三轴围压实验求得模型参数,建立一种描述岩石受荷破坏过程的岩石损伤本构模型,并通过对比分析实验数据与理论值验证该模型的正确性。考虑水对岩石的损伤,以弹性模量的变化作为损伤变量,通过室内实验分析砂岩饱水时间与损伤变量之间的函数关系以及碳质泥岩所处环境湿度与损伤变量之间的函数关系,结合不受水影响的损伤本构模型推导出考虑水对岩石损伤作用的岩石统计损伤本构模型,该研究可为判别煤层覆岩的破坏提供理论基础。(3)提出离层突水判定与预测模型,系统分析了工作面推进时离层的位置,体积、水体动态特征。基于薄板理论和推导的本构模型,简化覆岩为组合岩板模型,推导出用岩板挠度描述的岩板内力表达式;以Z-P屈服准则为岩石微元破坏判断条件,提出形成离层的力学条件;根据组合岩板的特征提出离层预测与判定方法;基于离层的形态和达西定律的渗流微分控制方程,推导出离层水的体积预测公式。该研究可以为离层水体预测与离层水害的评估提供理论基础。以相似模拟试验为基础,分析覆岩导水裂隙带分布特征,采用渗流-裂隙流-涌流三种流态描述离层水从形成到涌入工作面的流动过程。(4)利用自主研发的三维离层突水相似模拟试验系统,研究煤层覆岩离层演化规律以及离层突水机理。自主研发了一套三维离层突水相似模拟试验系统,该系统可以模拟三维煤层开采以及离层突水灾害,分析煤层覆岩的破坏规律、顶板离层的发育规律、离层水的涌突特征以及导水裂隙带的三维形态。以园子沟煤矿为实际案例背景,阐释离层的发育规律和煤层覆岩的破坏规律。试验结果显示煤层回采至240m时,导水裂隙带发育至最高,止于宜君组砾岩层,高度为136.5m,裂采比达到22.8:1。监测数据表明洛河组砂岩与砾岩下面的离层最大,且含水层的存在使得煤层开采过程中出现离层水,且可以形成离层水害,试验结果与现场试验结果相一致,该研究为离层水害的机理研究提出一种新的思路。(5)提出了并成功实施了离层水害的治理方法。以实际案例为背景,依据提出的岩板模型预测与判定离层水害,提出地面垂直导流孔和井下倾斜疏水孔两种提前疏放离层水的治理方法。该研究为实际矿井生产过程中顶板离层水害的防治提供参考。该论文有图119幅,表5个,参考文献186篇。
胡学龙[8](2020)在《基于统一强度理论的岩石动态损伤模型研究》文中指出岩石动态损伤模型在解决岩石爆破和冲击等岩石动力学问题中占有重要地位,对研究岩石动力学问题具有举足轻重的作用。目前,尽管岩石动态损伤模型有很多,但是这些模型仍有一定的不足和缺陷,亟待对其完善和改进,或者有待进一步建立一个新的岩石动态损伤模型。本文首先针对目前常用的岩石动态损伤模型的不足和缺陷,基于弹塑性力学和损伤力学,以统一强度理论作为屈服准则,建立一个新的岩石动态损伤模型;然后为了便于岩石动态损伤模型的应用,采用Fortran语言对所建立的岩石动态损伤模型进行编程使其数值实现;最后基于岩石动态损伤模型对岩石动态的直切槽半圆盘弯曲(NSCB)试验和不同地应力条件下的岩石爆破进行数值模拟,进而对这两个典型的岩石动力学问题展开研究。本文的研究内容和结论主要包括:(1)岩石动态损伤模型的建立。基于统一强度理论,推导出了岩石动态损伤模型的本构关系式,从而建立了一个岩石动态损伤模型。该模型综合考虑了岩石的Lode角效应、应变率效应、岩石的围压效应、岩石拉伸和压缩条件下的硬化行为、岩石拉伸和压剪条件下的损伤演化规律,修改了 HJC模型中关于对体积应变不合理的表示,并给出了统一强度理论屈服面奇异性的解决方法。(2)岩石动态损伤模型的数值实现及其验证。首先采用Fortran语言通过大型通用有限元软件LS-DYNA的用户材料自定义接口(Umat)对该本构模型进行编程,使用Fortran语言编译器Intel(R)Fortran Complier运行程序文件,生成新的LS-DYNA求解器,将岩石动态损伤模型内嵌到LS-DYNA中;然后分别从基本参数、强度参数、硬化参数和损伤参数等四个方面给出了岩石动态损伤模型参数的具体确定方法;最后通过典型的四个算例即岩石单轴压缩试验、岩石三轴压缩、岩石单轴拉伸试验和岩石SHPB试验对所建立的岩石动态损伤模型进行验证。结果表明:新生成的LS-DYNA求解器运行稳定;所建立的岩石动态损伤模型完全能够刻画岩石的准静载和动载条件下的力学行为。(3)岩石动态损伤模型主要参数的敏感性分析。基于单元测试法和局部参数敏感性分析方法,分别从定性和定量两个方面对岩石动态损伤模型的主要参数进行了敏感性分析,它们的敏感度从大到小依次为:βm、D1、β0、α、Pcrush、μcrush、b1、μlock、Plock、D2、K1。K2和K3对岩石的准静态力学行为没有影响。(4)岩石动态NSCB试验的数值模拟研究。基于岩石动态损伤模型对岩石动态NSCB试验进行了数值模拟,分别研究了加载速率对NSCB岩石试件损伤演化、破坏形态和能量演化的影响。研究结果表明:加载速率对NSCB试件的损伤范围、破坏形态和能量演化均具有重要影响。加载速率越大,NSCB的损伤范围越大,裂纹的平整性越差,内能的最终稳定值越大。根据岩石内能与总能量的比值,可以把NSCB试验中岩石试件从变形到破坏的全过程划分为五个阶段,这对加深认识岩石的动态断裂特性具有重要意义。(5)不同地应力条件下岩石爆破的模拟研究。基于岩石动态损伤模型对不同地应力条件下岩石的爆破进行了数值模拟,并结合理论分析,从地应力对岩石爆破的损伤演化、裂纹扩展和能量演化三个方面展开研究。研究结果表明:静水压力越大,岩石的损伤范围越小,岩石获取的能量的利用率越小,炸药能量的有效利用率越大;地应力侧压系数k对岩石的损伤范围、裂纹扩展和能量演化均有一定的影响,随着地应力侧压系数k的增大,岩石的损伤范围呈减小趋势,岩石获取的能量利用率和炸药能量的有效利用率呈增大趋势;裂纹主要沿着最大应力方向扩展,地应力侧压系数主要影响最小应力方向裂纹的扩展。
张玉宝[9](2019)在《基于岩石裂纹损伤效应的巷帮破坏机理研究》文中认为近年来我国煤炭开采进入地层深部,地下巷道在开挖扰动条件下,巷道两帮围岩往往发生脆性破坏,因此研究采动条件下的围岩脆性与强度性质对于掌握巷帮的破坏机理具有重要意义。本论文采用理论分析、室内试验以及数值模拟等相结合的研究方法,分别针对岩石脆性评价、岩石裂纹特征应力、采动影响下岩石裂纹损伤以及本构模型进行了研究,揭示了巷帮围岩破坏机理,得到的主要研究成果如下:(1)基于岩石全应力应变曲线,提出了考虑岩石峰前能量耗散、峰后应力降、残余强度、残余应变等主要因素的脆性指数BIN计算方法,并通过不同种类岩石的压缩试验数据分析验证了其正确性,表明该脆性指数可以同时适用于岩石Class II曲线、应变软化、理想塑性、应变硬化等峰后曲线。根据提出的脆性指数BIN将岩石的脆性分为5类:脆性指数BIN≤0时为超高脆性岩石;0<BIN≤0.20时为高脆性岩石;0.2<BIN≤0.75时为脆性岩石;0.75<BIN≤1.50时为低脆性岩石;BIN>1.50时为超低脆性岩石。(2)基于岩石能量耗散理论,提出了能量耗散指数测量岩石裂纹特征应力的方法,研究表明岩石裂纹闭合应力阈值、裂纹起裂应力阈值随着岩石强度增大而略微减小,变化趋势不明显,岩石的裂纹损伤应力阈值随着UCS逐渐增大表现为明显的增长趋势;岩石的闭合应力阈值随着围压增大逐渐减小,损伤应力阈值随着围压增大逐渐增大,然而对于不同岩石的起裂应力阈值变化趋势却没有统一的变化规律。围压越大则岩石内部微裂纹的提前闭合程度就会越大,同时围压增大使得岩石裂纹在横向方向的扩展受到了抑制作用,导致裂纹非稳定扩展所需要的剪应力数值增大。(3)考虑采动影响下岩石裂纹损伤破坏机制,对岩石进行了循环加卸载三轴压缩室内试验,试验结果发现其应力应变曲线的峰后阶段主要为岩石Class I与Class II的组合曲线,砂岩能量分析结果表明最大耗散能处在峰值应力点之后,峰前阶段围压对能量耗散指数的影响较小,而在峰后阶段能量耗散指数随围压增大而增大;利用累计耗散能与总耗散能的比值定义了岩石裂纹损伤变量D,进一步表征了岩石内部裂纹扩展造成的损伤行为,在峰后阶段,围压越大,损伤变量随轴向应变的增加其增长速率变慢,在岩石峰前阶段获得了裂纹损伤变量的函数表达式。(4)将岩石峰前裂纹损伤变量Dpre引入到CWFS模型,建立了考虑裂纹损伤效应的D-CWFS本构模型,预测了粘聚力与内摩擦角非同步达到临界值的变化规律,分别建立了岩石粘聚力、内摩擦角与塑性剪应变的函数表达式,更加真实地反映了岩石的变形破坏特征;基于FLAC3D二次开发程序端口,成功编译D-CWFS本构模型,实现其在FLAC3D软件中的封装调用,其三轴压缩数值模拟结果与试验数据结果相一致,表明了D-CWFS模型的合理性及二次开发的正确性。(5)通过分别针对煤巷和岩巷帮部围岩破坏特征进行现场调研,从工程角度发现了巷道帮部煤岩的渐进破坏模式及破坏过程,采用开发的D-CWFS本构模型对巷帮破坏的不同影响因素开展数值模拟研究,模拟结果表明巷道高宽比、侧压力系数、围岩内摩擦角及粘聚力对巷帮的变形破坏规律具有重要的影响作用,同时对大台煤矿岩石巷道进行了支护设计优化,开挖支护后巷帮围岩完整性较好,无明显破裂,巷帮围岩支护控制效果良好。
朱帅[10](2019)在《盐膏岩地层中套管载荷及强度安全性分析》文中指出盐膏岩地层中的岩石具有典型的流变特性,围岩塑性变形导致井筒外部载荷变化,威胁套管的强度安全。因此,开展盐膏岩地层中套管载荷及强度安全性分析,为套管程序设计及后续施工参数控制提供依据,具有实际意义。考虑岩石流变特性引起的地应力变化,在传统西原体模型的基础上串联阻尼器对岩石流变特征进行描述,构建出能够反映岩石流变特性的新模型,创新建立了盐膏岩地层中岩石流变本构方程,使用数学极限方法进行方程的准确性判断,使用有限差分法模拟地应力对方程进行验证。基于流变本构方程,得到盐膏岩地层中套管的附加应力;考虑狗腿度、温度、压力及流体密度、粘滞摩阻变化,分析注入工况下盐膏地层中套管的应力,得到地层流变前后套管的等效应力,对比分析了流变前后套管的承载能力;建立了“套管-水泥环-地层”三维有限元模型,分析了盐膏岩地层中套管的应力强度安全性,通过改变模型特征和力学参数,模拟出井筒存在缺陷时的套管应力分布规律。结果表明:建立的流变本构方程和地应力公式计算的水平最大和最小地应力结果误差分别为6%和1.65%。地层流变后作用在套管上的等效应力平均高出流变前13.94%。水泥环弹性模量越大,对套管起到的保护作用越高;套管不居中时易发生扁化;当水泥环缺陷的环向开度为66°,套管上的应力最大;水泥环内壁缺陷对套管强度的影响大于外壁缺陷。本文研究可为盐膏岩地层中的套管关键载荷获取方法及套管的强度安全性分析提供依据。
二、岩石材料的双T~2强度理论及其应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、岩石材料的双T~2强度理论及其应用(论文提纲范文)
(1)深部巷道爆破卸压机理与围岩稳定性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 巷道爆破卸压方法 |
1.2.2 岩石柱状装药爆破致裂损伤范围研究 |
1.2.3 巷道爆破卸压原理研究 |
1.2.4 损伤组合岩体受力变形与耗能特性研究 |
1.2.5 爆破卸压过程巷道围岩稳定性研究 |
1.2.6 当前研究存在的问题与不足 |
1.3 研究内容与方法 |
2 深部岩体柱状装药围岩损伤范围 |
2.1 柱状装药下爆炸应力波传播与致裂机理 |
2.1.1 岩体中爆炸应力波衰减规律 |
2.1.2 炸药爆破致裂机理 |
2.2 柱状装药下岩体爆破损伤范围计算 |
2.2.1 粉碎圈与裂隙圈范围计算公式 |
2.2.2 深部岩体动态压、拉强度确定 |
2.2.3 衰减指数的确定 |
2.2.4 计算结果分析 |
2.3 本章小结 |
3 基于损伤组合岩体静动态力学试验爆破卸压机理分析 |
3.1 损伤组合岩体静态力学与能量积聚特征 |
3.1.1 损伤组合岩体应力应变特征 |
3.1.2 损伤组合体静态变形特性分析 |
3.1.3 损伤组合岩体能量积聚特征 |
3.2 损伤组合岩体动态力学与耗能特性 |
3.2.1 SHPB试验步骤与原理 |
3.2.2 SHPB试验中损伤组合岩体动态力学特性 |
3.2.3 SHPB试验中损伤组合岩体耗能特性 |
3.3 炮孔周边岩体应力分布与能量积聚 |
3.3.1 爆破后炮孔围岩体损伤范围重分区 |
3.3.2 爆破前后孔周岩体应力分布 |
3.3.3 爆破前后孔周能量积聚状态 |
3.4 爆破过程孔周岩体卸压规律分析 |
3.4.1 爆破过程岩体能量耗散特征 |
3.4.2 单一炮孔角度爆破卸压原理分析 |
3.5 本章小结 |
4 深部岩体爆破弱化平板模型试验 |
4.1 试验方案设计 |
4.1.1 平板试样制备 |
4.1.2 测试系统介绍 |
4.2 双向加载下平板试件爆破试验 |
4.2.1 平板试件爆破前准备 |
4.2.2 试验步骤及注意事项 |
4.3 试验结果分析 |
4.3.1 应变波变化特征 |
4.3.2 电阻率变化规律 |
4.3.3 单轴与双轴加载应力应变特征 |
4.3.4 双向加载下爆破前后应力应变特征 |
4.3.5 平板试件爆破损伤特性 |
4.3.6 平板试件变形破坏特征 |
4.4 基于二维平板加载爆破试验卸压原理分析 |
4.4.1 平板试件爆破过程应力降的产生 |
4.4.2 爆破后继续加载过程的能量再消耗 |
4.5 本章小结 |
5 卸压爆破过程巷道围岩稳定性分析 |
5.1 爆破作用前后巷道围岩弹塑性分区 |
5.1.1 爆破前巷道围岩应力变形分析 |
5.1.2 爆破后损伤岩体简化弹塑性分区 |
5.2 巷道围岩爆破卸压数值仿真分析 |
5.2.1 数值模型建立 |
5.2.2 爆破卸压前后巷道围岩位移场变化 |
5.2.3 爆破卸压前后巷道围岩应力场变化 |
5.3 爆破前后巷道围岩能量积聚特征 |
5.3.1 爆破前围岩体能量密度计算 |
5.3.2 外部弹塑性区能量密度计算 |
5.3.3 内部塑性区与弱化区能量积聚特征 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(2)周期加—卸载下砂岩本构模型及损伤演化特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 损伤本构模型研究现状 |
1.3 研究内容及技术路线 |
2 试验方案及数据分析 |
2.1 试验方案制定 |
2.2 试验数据分析 |
2.3 本章小结 |
3 岩石损伤本构因子及微元强度 |
3.1 应力损伤因子的确定 |
3.2 化学-力学耦合损伤因子的确定 |
3.3 岩石微元强度 |
3.3.1 考虑D-P准则的微元强度 |
3.3.2 考虑M-C准则的微元强度 |
3.3.3 考虑八面体理论的微元强度 |
3.3.4 考虑畸变能理论的微元强度 |
3.3.5 考虑格里菲斯理论的微元强度 |
3.3.6 考虑Hoek-Brown准则的微元强度 |
3.3.7 考虑统一强度准则的微元强度 |
3.4 本章小结 |
4 岩石本构模型及试验曲线拟合分析 |
4.1 岩石本构模型的建立 |
4.2 岩石弹性模量的确定 |
4.3 试验曲线拟合 |
4.3.1 力学损伤本构拟合分析 |
4.3.2 化学力学耦合损伤本构拟合分析 |
4.4 本章小结 |
5 损伤本构参数分析及模型修正 |
5.1 本构参数的公式表达 |
5.2 拟合参数敏感性分析 |
5.3 考虑Weibull参数的应力损伤修正 |
5.4 考虑Weibull参数的化学-力学耦合损伤修正 |
5.5 考虑损伤阈值的损伤模型 |
5.6 本章小结 |
6 损伤本构演化规律分析 |
6.1 基于Weibull参数的损伤演化 |
6.2 基于能量耗散理论的损伤演化分析 |
6.2.1 能量耗散理论计算方法 |
6.2.2 能量耗散损伤演化规律 |
6.3 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 本文展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(3)纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述与研究内容 |
2.1 “深部”的科学界定 |
2.2 竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
2.3 岩爆机理及控制措施研究 |
2.3.1 岩爆机理研究现状 |
2.3.2 岩石冲击倾向性研究 |
2.3.3 岩爆防治措施研究 |
2.4 岩体能量理论研究 |
2.4.1 岩体储能特征研究 |
2.4.2 岩体能量耗散特征研究 |
2.4.3 深部岩体能量释放特征 |
2.5 声发射在围岩稳定性评价中的应用 |
2.5.1 声发射不可逆特征研究 |
2.5.2 声发射b值研究 |
2.5.3 岩石破裂前兆频谱特征分析 |
2.6 主要研究内容和技术路线 |
3 纱岭金矿主井地层完整性评价及地应力分布特征 |
3.1 纱岭金矿主井穿越地层完整性评价 |
3.2 地应力测量结果分析 |
3.2.1 地应力测量目的及意义 |
3.2.2 水压致裂地应力测量系统及测试过程 |
3.2.3 地应力测量结果分析 |
3.2.4 最大水平主应力方向分布特征 |
3.3 本章小结 |
4 纱岭金矿深部地层岩石力学性能与冲击危险性分析 |
4.1 岩样采集与制备 |
4.2 深部地层岩石细观结构特征 |
4.2.1 岩石矿物成分及结构形貌 |
4.2.2 深部地层岩石孔隙结构特征 |
4.3 单轴压缩作用下深部地层岩石力学性能试验研究 |
4.3.1 试验方案及力学特征 |
4.3.2 单轴压缩作用下声发射能量特征 |
4.3.3 深部岩石单轴压缩作用下裂纹扩展特征 |
4.3.4 深部地层岩石脆性强度特征 |
4.4 深部地层岩石三轴压缩作用下力学性能试验研究 |
4.4.1 试验方案及力学特征分析 |
4.4.2 三轴压缩作用下声发射时、频参数变异性 |
4.4.3 AE时间序列分形特征 |
4.5 深部地层岩石抗拉强度及加载速率效应试验研究 |
4.5.1 试样制备及试验方法 |
4.5.2 深部岩石抗拉强度加载速率效应 |
4.6 深部地层岩石动态冲击作用下力学特征 |
4.6.1 试验设备简介 |
4.6.2 动态力学特征 |
4.6.3 动态冲击下岩样破坏形态 |
4.7 循环加卸载作用下深部地层岩石力学性能及AE特征研究 |
4.7.1 循环加卸载试验方案 |
4.7.2 循环加载对岩体力学性能影响研究 |
4.7.3 不同围压下岩样扩容特征 |
4.7.4 深部地层岩石失稳破坏过程与AE信号相关性研究 |
4.8 不同深度地层岩石冲击危险性 |
4.8.1 冲击倾向性综合评价 |
4.8.2 不同埋深岩石冲击危险性 |
4.9 本章小结 |
5 深部地层岩石能量演化机制及失稳判据研究 |
5.1 单轴压缩作用下岩石储能能力随深度变化规律 |
5.2 三轴压缩作用下深部地层岩石储能特征 |
5.3 深部地层岩石能量演化机制 |
5.3.1 能量计算方法 |
5.3.2 能量演化及分配规律 |
5.3.3 不同应力水平作用下岩石冲击危险性 |
5.3.4 工程扰动能量响应特征 |
5.3.5 基于耗散能岩石损伤及失稳判据 |
5.4 深部地层岩石失稳破坏能量演化与AE信号相关性 |
5.4.1 岩石不可逆特征研究 |
5.4.2 声发射b值演化特征 |
5.4.3 循环加卸载累计振铃计数与应变关系研究 |
5.5 冲击载荷下深部花岗岩能量耗散特征 |
5.6 开挖扰动岩体能量路径探讨 |
5.7 本章小结 |
6 深竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
6.1 深竖井围岩稳定性评价指标 |
6.2 纱岭金矿主井深部地层开挖围岩稳定性 |
6.2.1 Hoek-Brown准则确定岩体参数 |
6.2.2 主井开挖位移场随深度变化特征 |
6.2.3 主井开挖应力场和塑性区随深度变化规律 |
6.3 不均匀地层对深部井筒稳定性影响 |
6.4 基于破坏接近度的围岩稳定性分析 |
6.5 不同深度地层能量场分布特征 |
6.6 主井深部地层危险区域综合分析及预测 |
6.7 主井深部地层围岩稳定性控制措施 |
6.8 本章小结 |
7 结论及创新点 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(4)页岩井壁多因素扰动细观损伤特性及稳定性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景、选题目的和意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 选题目的和意义 |
1.2 页岩井壁稳定性研究进展 |
1.2.1 页岩井壁稳定性力学机理研究 |
1.2.2 页岩井壁稳定性力学化学耦合研究 |
1.2.3 页岩井壁围岩受钻井施工扰动影响研究 |
1.2.4 页岩井壁失稳研究存在的问题 |
1.3 扰动状态概念理论研究 |
1.3.1 扰动状态概念在岩土工程中的应用 |
1.3.2 扰动状态概念理论的优点和缺点 |
1.4 细观统计损伤理论研究 |
1.5 研究主要内容、技术路线和创新点 |
1.5.1 研究的主要内容 |
1.5.2 研究思路与技术路线 |
1.5.3 论文创新点 |
2 页岩地层岩石组构、强度及工程地质特性 |
2.1 研究区块地质概况 |
2.2 页岩矿物组分和微细观结构分析 |
2.2.1 页岩矿物组分分析 |
2.2.2 页岩微细观结构特征分析 |
2.3 页岩岩石力学强度特性 |
2.3.1 页岩硬度和塑性系数测试 |
2.3.2 页岩单轴抗压强度测试 |
2.3.3 页岩三轴抗压强度测试 |
2.3.4 页岩直接剪切试验 |
2.3.5 页岩抗拉强度测试 |
2.4 研究区块页岩地层工程地质特性 |
2.4.1 页岩地层流体物理化学特性 |
2.4.2 页岩地层初始地应力及地层压力剖面预测 |
2.4.3 页岩地层温度场 |
2.5 本章小结 |
3 页岩井壁多因素扰动细观损伤及力学行为研究 |
3.1 钻井机械动力作用对井壁围岩扰动分析 |
3.1.1 钻头破岩对井壁围岩扰动分析 |
3.1.2 钻柱振动对井壁围岩的扰动分析 |
3.1.3 页岩动力扰动试验研究 |
3.2 钻井应力卸荷对井壁围岩扰动分析 |
3.2.1 页岩井壁围岩应力状态分析 |
3.2.2 页岩卸荷扰动试验研究 |
3.3 钻井液与地层温度传递对井壁围岩扰动分析 |
3.3.1 井壁围岩温度场分布 |
3.3.2 井壁围岩附加热应力场 |
3.3.3 页岩热效应扰动试验研究 |
3.4 页岩水化对井壁围岩扰动分析 |
3.4.1 钻井液渗流扩散力学机理 |
3.4.2 钻井液与井壁围岩的水化作用 |
3.4.3 页岩水化动扰动试验研究 |
3.5 本章小结 |
4 页岩井壁围岩多因素扰动损伤本构模型研究 |
4.1 岩石统计损伤力学的基本理论 |
4.1.1 常采用的岩石强度理论 |
4.1.2 概率统计理论 |
4.2 页岩各因素扰动统计损伤模型研究 |
4.2.1 页岩各因素扰动统计损伤模型构建思路 |
4.2.2 页岩各因素扰动统计损伤模型建立 |
4.3 页岩各因素扰动与加荷耦合统计损伤模型和损伤本构模型研究 |
4.3.1 页岩各因素扰动与加荷耦合统计损伤模型建立 |
4.3.2 页岩动力冲击扰动与加荷耦合统计损伤本构模型建立 |
4.4 页岩多因素扰动耦合统计损伤模型研究 |
4.4.1 多因素扰动耦合总损伤变量 |
4.4.2 钻井施工多因素扰动耦合总损伤变量建立 |
4.5 本章小结 |
5 页岩井壁钻井多因素扰动损伤失稳研究 |
5.1 页岩井壁围岩失稳力学机理 |
5.1.1 井壁坍塌破坏机理 |
5.1.2 井壁破裂破坏机理 |
5.2 考虑多因素扰动损伤页岩井壁失稳力学分析 |
5.2.1 井壁围岩总应力场分布 |
5.2.2 井壁围岩主应力分布 |
5.2.3 考虑多因素扰动损伤页岩井壁坍塌压力计算 |
5.2.4 考虑多因素扰动损伤页岩井壁破裂压力计算 |
5.2.5 页岩井壁失稳预警系统 |
5.3 水化损伤井壁失稳周期确定 |
5.3.1 页岩水化损伤变量确定 |
5.3.2 页岩井壁坍塌周期的确定 |
5.3.3 计算程序 |
5.3.4 实例分析 |
5.4 钻井液强化井壁技术 |
5.4.1 钻井液强化井壁机理 |
5.4.2 室内试验与配方优选 |
5.4.3 现场应用及效果评价 |
5.5 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
附录 |
攻读博士学位期间主要研究成果及获得的荣誉 |
致谢 |
(5)正常固结饱和黏性土的三剪统一有限变形弹塑性本构模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 有限变形理论发展与应用 |
1.2.2 三剪统一强度理论的发展与应用 |
1.3 本文的主要研究内容及创新点 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 创新点 |
1.3.3 技术路线 |
第2章 有限变形理论及三剪统一强度理论 |
2.1 概述 |
2.2 有限变形理论 |
2.3 三剪统一强度理论 |
2.4 本章小结 |
第3章 三剪统一有限变形弹塑性本构模型 |
3.1 概述 |
3.2 正常固结饱和黏性土的有限变形弹塑性本构模型 |
3.2.1 弹性部分 |
3.2.2 塑性部分 |
3.2.3 弹塑性本构关系 |
3.3 本章小结 |
第4章 三剪统一小变形弹塑性本构模型 |
4.1 概述 |
4.2 正常固结饱和黏性土的小变形弹塑性本构模型 |
4.3 本章小结 |
第5章 正常固结饱和黏性土试验 |
5.1 概述 |
5.2 室内土工试验 |
5.2.1 筛析法试验 |
5.2.2 土粒比重试验 |
5.2.3 液塑限试验 |
5.2.4 击实试验 |
5.2.5 重塑黏土试样制备 |
5.2.6 等压固结、等压回弹及等压再固结试验 |
5.2.7 常规三轴不排水压缩试验 |
5.2.8 常规三轴排水压缩试验 |
5.3 试验土样参数的确定 |
5.3.1 试验土样的基本物理参数 |
5.3.2 试验土样的压缩指标 |
5.3.3 试验土样的抗剪强度指标 |
5.4 本章小结 |
第6章 本构模型的常规三轴试验验证 |
6.1 概述 |
6.2 常规三轴不排水压缩试验数值验证 |
6.2.1 不排水条件下常规三轴应力状态的力学特性 |
6.2.2 不排水条件下常规三轴试验与数值模拟结果对比 |
6.2.3 不排水条件下数值模拟结果误差分析 |
6.3 常规三轴排水压缩试验数值验证 |
6.3.1 排水条件下常规三轴应力状态的力学特性 |
6.3.2 排水条件下常规三轴试验与数值模拟结果对比 |
6.3.3 排水条件下数值模拟结果误差分析 |
6.4 本章小结 |
第7章 本构模型的真三轴模拟 |
7.1 概述 |
7.2 不排水条件下真三轴数值模拟 |
7.2.1 不排水条件下真三轴应力状态的力学特性 |
7.2.2 不排水条件下真三轴数值模拟结果 |
7.3 排水条件真三轴数值模拟 |
7.3.1 排水条件下真三轴应力状态的力学特性 |
7.3.2 排水条件下真三轴数值模拟结果 |
7.4 本章小结 |
第8章 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录A: 不排水条件下有限变形本构模型的等量代换法数值计算程序框图 |
附录B: 不排水条件下有限变形本构模型的坐标平移法数值计算程序框图 |
附录C: 排水条件下有限变形本构模型的等量代换法数值计算程序框图 |
附录D: 排水条件下有限变形本构模型的坐标平移法数值计算程序框图 |
附录E: 不排水条件下小变形本构模型的等量代换法数值计算程序框图 |
附录F: 不排水条件下小变形本构模型的坐标法数值计算程序框图 |
附录G: 排水条件下小变形本构模型的等量代换法数值计算程序框图 |
附录H: 排水条件下小变形本构模型的坐标平移法数值计算程序框图 |
(6)高温后大理岩物理力学特性试验研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 常温下岩石物理力学特性研究现状 |
1.2.2 高温后岩石物理力学特性研究现状 |
1.2.3 存在的问题 |
1.3 本文研究内容 |
1.3.1 高温后大理岩物理特性研究 |
1.3.2 常温下大理岩力学特性研究 |
1.3.3 高温后大理岩力学特性研究 |
1.3.4 高温后大理岩物理力学参数相关性分析 |
1.4 技术路线 |
2 试验准备 |
2.1 试件制备 |
2.2 试验原理 |
2.2.1 声波测试原理 |
2.2.2 力学试验原理 |
2.3 试件分组 |
3 高温后大理岩物理特性试验研究 |
3.1 概述 |
3.2 试验方案及设备 |
3.2.1 岩石高温处理 |
3.2.2 物理特性试验 |
3.3 表观形态及矿物组分分析 |
3.4 数据处理 |
3.5 温度对大理岩物理特性参数的影响分析 |
3.5.1 质量、体积、密度分析 |
3.5.2 波速分析 |
3.5.3 动弹性参数分析 |
3.5.4 高温后大理岩物理特性阈值温度分析 |
3.6 高温时间对大理岩物理特性参数的影响分析 |
3.6.1 质量、体积、密度分析 |
3.6.2 波速分析 |
3.6.3 动弹性参数分析 |
3.7 高温后大理岩物理特性参数相关性分析 |
3.7.1 密度、波速相关性分析 |
3.7.2 动弹性参数与密度、波速相关性分析 |
3.8 本章小结 |
4 常温下大理岩力学特性试验研究 |
4.1 概述 |
4.2 试验方案及设备 |
4.3 常温下大理岩力学试验数据分析 |
4.3.1 应力-应变关系曲线 |
4.3.2 数据处理 |
4.4 大理岩力学特性参数分析 |
4.4.1 变形特征参数分析 |
4.4.2 强度特征参数分析 |
4.5 大理岩破坏特征及破坏形态分析 |
4.5.1 破坏特征分析 |
4.5.2 破坏形态分析 |
4.6 本章小结 |
5 高温后大理岩力学特性试验研究 |
5.1 概述 |
5.2 单轴及三轴试验 |
5.2.1 试验设计 |
5.2.2 应力-应变关系曲线 |
5.2.3 数据处理 |
5.3 温度对大理岩力学特性参数的影响分析 |
5.3.1 强度与变形特征参数分析 |
5.3.2 高温后大理岩力学特性阈值温度分析 |
5.4 高温时间对大理岩力学特性参数的影响分析 |
5.5 高温后大理岩破坏特征及破坏形态分析 |
5.5.1 破坏特征分析 |
5.5.2 破坏形态分析 |
5.6 高温后大理岩力学特性参数相关性分析 |
5.7 本章小结 |
6 高温后大理岩物理力学参数相关性分析 |
6.1 波速、密度与峰值强度相关性分析 |
6.2 动、静弹性参数相关性分析 |
6.3 高温后大理岩物理力学特性劣化机理分析 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(7)煤层覆岩离层突水灾害演变机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.4 研究内容 |
1.5 研究方法和技术路线 |
2 离层水害矿区上下位岩层的成分及物理力学特征 |
2.1 不同岩层的矿物成分分析 |
2.2 相邻岩层的力学特征 |
2.3 本章小结 |
3 岩石连续损伤统计本构模型 |
3.1 基于统计强度理论的损伤演化方程 |
3.2 基于连续损伤力学的损伤本构方程 |
3.3 岩石微元强度分布函数 |
3.4 基于等围压三轴岩石压缩实验的统计损伤本构模型 |
3.5 本构模型参数求解与试验验证 |
3.6 考虑水对岩石弱化作用的统计损伤本构模型 |
3.7 本章小结 |
4 基于薄板理论的离层突水判定与预测方法 |
4.1 岩板理论 |
4.2 离层形成的力学条件 |
4.3 离层位置判定流程 |
4.4 离层空间水体特性 |
4.5 本章小结 |
5 离层水的渗流-裂隙流-涌流不同流态流动规律研究 |
5.1 覆岩采动裂隙分布特征研究 |
5.2 离层水的渗流-裂隙流-涌流流态描述 |
5.3 离层突水过程求解思路 |
5.4 本章小结 |
6 离层突水相似材料模型试验研究 |
6.1 覆岩原模型与相似模型相似性分析 |
6.2 三维离层突水相似模型试验系统 |
6.3 相似模型材料 |
6.4 相似模拟试验步骤 |
6.5 相似模拟试验结果 |
6.6 本章小结 |
7 离层水害防治方法研究与应用 |
7.1 基于离层判定方法的园子沟煤矿离层水害研究 |
7.2 覆岩离层现场研究 |
7.3 离层突水灾害防治方法 |
7.4 本章小结 |
8 结论 |
8.1 主要结论 |
8.2 主要创新性成果 |
8.3 研究展望 |
附录 1 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(8)基于统一强度理论的岩石动态损伤模型研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
缩写和符号清单 |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 文献综述 |
1.2.1 岩石的强度理论研究现状 |
1.2.2 统一强度理论应用现状 |
1.2.3 岩石动态损伤模型研究现状 |
1.2.4 岩石动力学的数值模拟软件的发展 |
1.3 研究内容 |
1.4 技术路线 |
2 岩石动态损伤模型建立 |
2.1 应力应变关系 |
2.2 弹塑性屈服准则 |
2.3 应变率效应 |
2.4 塑性势函数 |
2.5 损伤演化规律 |
2.6 奇异点处理 |
2.7 本章小结 |
3 岩石动态损伤模型的数值实现及验证 |
3.1 LS-DYNA用户材料子程序 |
3.2 本构模型数值实现流程 |
3.3 岩石动态损伤模型参数确定方法 |
3.4 岩石动态损伤模型的验证 |
3.4.1 算例一:岩石单轴压缩数值试验 |
3.4.2 算例二:岩石三轴压缩数值试验 |
3.4.3 算例三:岩石单轴拉伸数值试验 |
3.4.4 算例四:岩石SHPB数值试验 |
3.5 本章小结 |
4 岩石动态损伤模型参数敏感性分析 |
4.1 局部变量敏感度分析方法 |
4.2 单元测试法 |
4.3 主要参数敏感性定性分析 |
4.4 主要参数敏感性定量分析 |
4.5 本章小结 |
5 基于动态损伤模型岩石动态NSCB试验的数值模拟 |
5.1 岩石试样 |
5.2 动态NSCB试验 |
5.3 NSCB数值试验模型 |
5.4 NSCB数值试验方案设计及结果验证 |
5.5 数值模拟结果分析 |
5.5.1 不同加载速率下直切槽半圆形大理岩的损伤演化规律 |
5.5.2 不同加载速率下直切槽半圆形大理岩破坏形态特征 |
5.5.3 不同加载速率下直切槽半圆形大理岩的能量演化规律 |
5.6 本章小结 |
6 基于动态损伤模型不同地应力条件下岩石爆破数值模拟 |
6.1 力学模型 |
6.2 理论分析 |
6.2.1 静载 |
6.2.2 动载 |
6.3 数值模拟 |
6.3.1 隐式-显式分析 |
6.3.2 材料模型 |
6.4 数值模型和数值试验设计 |
6.5 数值模拟结果分析 |
6.6 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
附录A |
附录B |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(9)基于岩石裂纹损伤效应的巷帮破坏机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 研究内容及技术路线 |
2 基于全应力应变过程的岩石脆性指数研究 |
2.1 引言 |
2.2 常用岩石脆性指数计算方法 |
2.3 一种基于全应力应变过程的新脆性指数 |
2.4 各类岩石脆性指数计算 |
2.5 岩石脆性分类 |
2.6 本章小结 |
3 岩石裂纹特征应力测量及影响因素研究 |
3.1 引言 |
3.2 岩石裂纹特征应力测量 |
3.3 各种测量方法可靠性评价 |
3.4 岩石强度对裂纹特征应力的影响 |
3.5 围压对裂纹特征应力的影响 |
3.6 本章小结 |
4 采动影响下岩石变形破坏及裂纹损伤演化机理 |
4.1 引言 |
4.2 循环加卸载三轴压缩试验 |
4.3 岩石能量演化规律 |
4.4 裂纹损伤演化机制 |
4.5 本章小结 |
5 考虑裂纹损伤的岩石本构模型及FLAC3D二次开发 |
5.1 岩石强度及破坏模型 |
5.2 考虑峰前裂纹损伤的D-CWFS本构模型 |
5.3 D-CWFS模型二次开发及验证 |
5.4 本章小结 |
6 巷道帮部围岩破坏特征及稳定性研究 |
6.1 煤巷帮部围岩破坏特征 |
6.2 岩巷帮部围岩破坏特征 |
6.3 岩石大巷巷帮稳定性模拟研究 |
6.4 岩石巷道支护设计优化 |
6.5 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
致谢 |
学位论文数据集 |
(10)盐膏岩地层中套管载荷及强度安全性分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 本文研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 流变本构模型的研究进展 |
1.2.2 盐岩地层的力学特性研究现状 |
1.2.3 套管承载性能研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
1.4 本文的创新点 |
第二章 盐膏岩地层岩石力学性质分析 |
2.1 盐膏岩地层岩石流变特性研究 |
2.1.1 岩石流变基本模型介绍 |
2.1.2 岩石流变本构关系 |
2.2 盐膏岩地层地应力及数值模拟 |
2.2.1 原始地层地应力计算 |
2.2.2 模型的建立及分析 |
2.3 本章小结 |
第三章 盐膏岩地层中套管载荷分析 |
3.1 井下套管载荷分析 |
3.2 井下套管应力分析 |
3.3 弯曲套管抗挤强度力学模型及理论 |
3.4 不考虑地层流变作用的套管等效应力分析 |
3.4.1 弯曲套管剩余强度分析 |
3.4.2 井筒摩阻及内外压分析 |
3.4.3 不同井深处套管轴向拉应力和弯曲应力分析 |
3.4.4 不同井深处套管轴向应力、径向应力和环向应力分析 |
3.4.5 不同井深处套管等效应力分析 |
3.5 考虑地层流变作用的套管等效应力分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 盐膏岩地层中套管强度数值模拟分析 |
4.1 套管力学模型的建立及理论 |
4.2 非均匀载荷作用下水泥环性质对套管承载能力的影响 |
4.3 非均匀载荷作用下套管偏心对套管承载能力的影响 |
4.4 非均匀载荷作用下固井水泥环缺陷对套管承载能力的影响 |
4.4.1 水泥环不同环向开度缺陷对套管承载能力的影响 |
4.4.2 水泥环不同缺陷深度对套管承载能力的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
四、岩石材料的双T~2强度理论及其应用(论文参考文献)
- [1]深部巷道爆破卸压机理与围岩稳定性研究[D]. 李成杰. 安徽理工大学, 2021(02)
- [2]周期加—卸载下砂岩本构模型及损伤演化特性研究[D]. 刘丰茂. 安徽理工大学, 2020(07)
- [3]纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制[D]. 裴峰. 北京科技大学, 2020
- [4]页岩井壁多因素扰动细观损伤特性及稳定性研究[D]. 折海成. 西安理工大学, 2020(01)
- [5]正常固结饱和黏性土的三剪统一有限变形弹塑性本构模型研究[D]. 汪日堂. 南昌大学, 2020(01)
- [6]高温后大理岩物理力学特性试验研究[D]. 武磊. 北京交通大学, 2020(03)
- [7]煤层覆岩离层突水灾害演变机理研究[D]. 吴禄源. 中国矿业大学, 2020
- [8]基于统一强度理论的岩石动态损伤模型研究[D]. 胡学龙. 北京科技大学, 2020(06)
- [9]基于岩石裂纹损伤效应的巷帮破坏机理研究[D]. 张玉宝. 山东科技大学, 2019
- [10]盐膏岩地层中套管载荷及强度安全性分析[D]. 朱帅. 西安石油大学, 2019