检索结果-内蒙古大学图书馆

岩土力学 2022年第10期43卷 2911-2922页

作者：王学滨刘桐辛白雪元李继翔辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

动载作用下岩石的破坏规律研究对于众多地质灾害的机制分析和预防具有重要的理论及实际意义。鉴于数值模拟研究的优势,应大力发展适于岩石动力断裂过程模拟的数值方法。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,采用... 详细信息

动载作用下岩石的破坏规律研究对于众多地质灾害的机制分析和预防具有重要的理论及实际意义。鉴于数值模拟研究的优势,应大力发展适于岩石动力断裂过程模拟的数值方法。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,采用朱-王-唐本构模型取代了广义胡克定律,发展了考虑动力本构的连续-非连续方法,其正确性通过模拟不同加载速度时砂岩试样的单轴压缩试验进行了验证。通过统计裂缝区段数目随着岩样的纵向应变的演化规律,并监测岩样左、右对称线上多个测点的最小主应力的演化规律,开展了不同加载速度时单轴压缩花岗岩试样的变形-开裂过程研究,阐明了岩样的开裂机制。研究发现,剪裂缝以雁列式展布,整体上形成剪切带。随着时步数目的增加,各测点的最小主应力均呈波动下降-震荡上升的变化趋势。震荡上升阶段对应岩样的应变软化阶段。测点分离后最小主应力的震荡幅度较大,这是由于节点分离和单元接触激发了较大的应力波。剪切带尖端的最小主应力集中会使测点发生剪切分离。当岩样的三角块向下楔入时,下方测点的应力状态类似于紧凑拉伸试验进而发生拉伸分离。

关键词：岩石动力断裂朱-王-唐本构模型连续-非连续方法单轴压缩剪切带开裂机制

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基于速率-状态依赖摩擦定律的平直走滑断层黏滑过程的连续-非连续方法模拟

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地球物理学进展 2022年第1期37卷 443-449页

作者：王学滨钱帅帅薛承宇田锋中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 辽宁工程技术大学计算力学研究所阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000

鉴于利用传统的库仑摩擦定律不能很好地模拟断层黏滑过程,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,引入了速率-状态依赖摩擦定律.开展了双轴压缩条件下平直走滑断层黏滑过程的数值模拟研究,得到了下列结果.在一... 详细信息

鉴于利用传统的库仑摩擦定律不能很好地模拟断层黏滑过程,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,引入了速率-状态依赖摩擦定律.开展了双轴压缩条件下平直走滑断层黏滑过程的数值模拟研究,得到了下列结果.在一次黏滑中,岩样上端面平均差应力的绝对值-时步数目曲线可被分为近似线性阶段、偏离线性阶段和软化阶段,其中,软化阶段又可被分为亚失稳Ⅰ阶段、亚失稳Ⅱ阶段和失稳滑动阶段.在平均差应力的绝对值-时步数目曲线的偏离线性阶段,位于断层上部的监测单元的剪应力最先开始释放.在亚失稳Ⅰ阶段,所有监测单元均完成了由应力累积到应力释放的转化;各测点的位移值有协同化的趋势;在亚失稳Ⅱ阶段,所有监测单元均完成了由应力缓慢释放到应力加速释放的转化;各测点的位移值协同化程度加强.

关键词：速率-状态依赖摩擦定律黏滑连续-非连续方法亚失稳位移剪应力

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考虑单元劈裂的流-固耦合连续-非连续方法及定向水力压裂模拟

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计算力学学报 2022年第5期39卷 633-640页

作者：白雪元王学滨刘桐辛辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000 辽宁工程技术大学计算力学研究所阜新123000

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律... 详细信息

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律。通过与单一裂缝非稳态渗流模型及KGD模型的理论解进行对比,验证了该方法的正确性。由定向射孔水力压裂的模拟结果可以发现,(1)距离射孔越远,流体压力越小;随着时间的增加,裂缝中流体压力降低。(2)随着射孔角度的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力及转向距离增加;随着x方向水平应力的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力增加;两个方向水平应力之差越大,裂缝转向距离越小。(3)随着时间的增加,裂缝区段数目的增速变慢,这与裂缝体积增加变快有关。

关键词：连续-非连续方法水力压裂流-固耦合射孔角度水平应力

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正断层下盘开采应力演化及断层阻隔效应连续-非连续方法模拟

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地球物理学进展 2022年第6期37卷 2612-2621页

作者：王学滨岑子豪薛承宇杜轩辽宁工程技术大学计算力学研究所阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000

断层破坏了采场岩层的连续性,应力由断层一盘向另一盘的传播过程将受到断层的阻隔,从而引起断层附近应力集中,极易诱发煤矿灾害.开展采动条件下断层附近应力和煤层支承压力的演化以及断层阻隔效应研究对于煤矿灾害的预防具有重要意义.... 详细信息

断层破坏了采场岩层的连续性,应力由断层一盘向另一盘的传播过程将受到断层的阻隔,从而引起断层附近应力集中,极易诱发煤矿灾害.开展采动条件下断层附近应力和煤层支承压力的演化以及断层阻隔效应研究对于煤矿灾害的预防具有重要意义.以自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法为基础,为了处理煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,采用了应力跌落方法;为了模拟时间较长的煤炭开采过程,采用了准静力计算模式.根据济三煤矿6303工作面的地质条件建立更准确的力学模型,其中,在断层上盘下端面施加垂直向上的适当均布载荷,以克服传统力学模型的应力集中问题.模拟了正断层下盘开采条件下岩层的运动过程.通过在断层上盘断层附近布置多个测点,获得了不同测点的正应力和切应力的演化.详细描述了断层阻隔效应.研究了开采速度对不同测点正应力、切应力和煤层支承压力的影响,定性探讨了开采速度快慢与断层阻隔效应强弱的关系.

关键词：连续-非连续方法应力跌落准静力计算断层阻隔效应开采速度

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不同冲击幅值下洞室围岩变形-开裂-垮塌过程——基于连续-非连续方法

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振动与冲击 2021年第1期40卷 233-242页

作者：王学滨田锋钱帅帅辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

在防护和采矿等工程中,洞室围岩常会受到不同形式的冲击载荷作用,从而诱发垮塌和冲击地压等严重灾害。继续完善自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,同时引入Ⅰ型和Ⅱ型断裂能,在适于模拟拉裂的基础上,也适于模拟... 详细信息

在防护和采矿等工程中,洞室围岩常会受到不同形式的冲击载荷作用,从而诱发垮塌和冲击地压等严重灾害。继续完善自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,同时引入Ⅰ型和Ⅱ型断裂能,在适于模拟拉裂的基础上,也适于模拟剪裂,从而可对有关灾害的机理分析和预防产生积极意义。利用该方法开展了周期半正弦波冲击下洞室围岩的变形-开裂-垮塌过程的数值模拟研究,着重阐明了应力波反射和叠加导致洞室顶板开裂机理,解释了洞室两帮拉、剪裂相伴现象的原因,探讨了周期冲击载荷幅值的影响规律。研究发现:(1)当由模型的上端面传入的第1个压应力波抵达洞室顶板表面时,压应力波分化成的中间部分发生反射,反射的拉应力波单独自己或与第1和第2个压应力波之间的受拉区叠加导致顶板拉裂;(2)洞室顶板以拉裂为主;洞室两帮以剪裂为主,并形成V形坑。洞室顶板的拉裂区对于后继应力波有吸能作用;(3)在洞室两帮发生剪裂后形成多重V形坑,坑内应力处于低值,而且,压应力波波后会存在一个挤压程度不强烈区甚至受拉区,从而导致坑内发生拉裂,造成拉、剪裂相伴现象;(4)随着冲击载荷幅值的减小,拉、剪裂缝的数目和分布范围减小,V形坑最大深度减小,洞室围岩更易平衡。

关键词：冲击载荷洞室围岩应力波反射叠加拉裂剪裂连续-非连续方法

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切顶卸压自成巷的连续-非连续方法模拟及切缝倾角的影响

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中国安全生产科学技术 2022年第6期18卷 85-91页

作者：刘天成王学滨岑子豪杜轩薛承宇辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000

为克服利用连续方法或非连续方法模拟切顶卸压自成巷过程的不足,采用自主研发的适于模拟连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法,提出基于高斯求积公式的势接触力计算方法以提高计算效... 详细信息

为克服利用连续方法或非连续方法模拟切顶卸压自成巷过程的不足,采用自主研发的适于模拟连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法,提出基于高斯求积公式的势接触力计算方法以提高计算效率,通过考察剪裂纹和拉裂纹的时空分布和煤层支承压力的演化规律,研究不同切缝倾角时切顶卸压自成巷过程,并考虑右巷(胶运巷)的锚杆原始支护、锚索补强支护和液压元件的临时支护。研究结果表明:切缝倾角越大,右巷顶板完整性越好,这是由于当倾角较大时切缝尖端发展出的裂纹促进采空区顶板冒落,从而阻隔采场压力向右巷顶板传递;左巷顶板的冒落越严重;切缝倾角以10°为宜。

关键词：切顶卸压自成巷连续-非连续方法高斯求积公式数值模拟切缝倾角

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考虑蠕变的连续-非连续方法研究及应用

考虑蠕变的连续-非连续方法研究及应用

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作者：李继翔辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着开采深度的增加,岩石的蠕变效应愈发明显,诸多地质灾害愈发突出。目前,基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。采用连续-非连续方法开展岩石蠕变相关研究具有重要意义。为了准确描述岩石的蠕变开裂过程,在自主开发的拉格朗日元... 详细信息

随着开采深度的增加,岩石的蠕变效应愈发明显,诸多地质灾害愈发突出。目前,基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。采用连续-非连续方法开展岩石蠕变相关研究具有重要意义。为了准确描述岩石的蠕变开裂过程,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,引入了Burgers本构,基于岩石的蠕变破坏与常规破坏之间的联系修改了虚拟裂缝模型,发展了考虑蠕变的连续-非连续方法。通过模拟单轴压缩条件下红砂岩试样的蠕变实验,验证了考虑剪切蠕变的连续-非连续方法的正确性,该方法是通过在原有连续-非连续方法中引入蠕变剪裂模型建立的。利用该方法模拟出的裂缝并非仅包括蠕变剪裂缝,还包括常规拉裂缝和常规剪裂缝;探究了三点弯条件下单梁和双层叠梁的蠕变拉裂过程,考察了单梁叠放次序的影响;模拟了有、无锚杆支护条件下软岩巷道围岩的开裂过程。在单轴压缩条件下,试样发生蠕变剪裂在先,而发生加速蠕变在后;蠕变剪裂形成的两条共轭剪切带和常规拉裂形成的片状拉裂区均发展于试样下端面两角点附近,这与试样下端面约束较为强烈有关。在叠放次序不同的两种三点弯叠梁的蠕变拉裂过程中,下单梁均先于上单梁拉裂;位移-时步数目曲线均可被划分为3个阶段,其中,阶段(2)的出现主要应与下单梁拉裂缝发展迅速有关,阶段(3)的出现主要应与上单梁拉裂缝发展迅速有关。在无锚杆支护条件下,“V”形坑尖端附近发生蠕变剪裂;蠕变剪裂缝区段数目远小于常规剪裂缝区段数目,且二者均呈缓慢增长趋势,这应与蠕变剪裂区进入应变软化阶段有关,此时,巷道两帮的“V”形坑难以维持稳定。在锚杆支护条件下,蠕变剪裂区范围有所减小;在巷道开挖结束后400天时,左帮和右帮的平均移进量分别下降了87.02%和89.26%,顶板的平均下沉量和底板的平均底臌量分别平均下降了34.54%和85.72%。该论文有图63幅,表14个,参考文献127篇。

关键词：连续-非连续方法蠕变虚拟裂缝模型双层叠梁巷道围岩锚杆支护

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基于连续-非连续方法的正断层下盘开采断层滑移演化研究

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防灾减灾工程学报 2021年第4期41卷 804-812页

作者：王学滨刘桐辛岑子豪薛承宇辽宁工程技术大学计算力学研究所辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,为了模拟时间较长的煤炭开采过程,提出了准静力计算模式;针对煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,发展了应力跌落方法;以济三煤矿6303工作面的地质条... 详细信息

在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,为了模拟时间较长的煤炭开采过程,提出了准静力计算模式;针对煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题,发展了应力跌落方法;以济三煤矿6303工作面的地质条件为背景建立了更准确的力学模型,其中,在断层上盘下端面施加了适当的垂直向上的均布载荷,以克服前人力学模型中由于模型下端面位移被限制断层难以在此位置错动而造成的应力集中问题;通过剔除开采前的断层滑移量,提出了纯粹由采动引起的断层上盘滑移量的计算方法。结果表明:当工作面与断层的距离减少时,煤层下方测点的滑移量呈缓慢增加-缓慢减少-急剧增加的趋势,煤层上方测点的滑移量呈缓慢增加-迅速增加的趋势;同一岩层中测点的滑移量相差不大;高位岩层将先于低位岩层发生明显滑移,断层滑移基本是由上至下发展的,且高位岩层的滑移程度比低位岩层的大;当工作面与断层距离相同时,若开采间隔较小,则煤层上方测点的滑移量较小;当工作面与断层距离小于等于100 m时,采空区上方附近岩层发生明显滑移,应该加强支护。

关键词：连续-非连续方法煤炭开采断层应力集中滑移量

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基于连续—非连续方法的锚杆单元原理、实现及应用

基于连续—非连续方法的锚杆单元原理、实现及应用

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作者：岑子豪辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着深部煤炭资源开采的迅速发展,开采深度的增加将伴随着复杂地质环境和强烈采动影响,表现为高地应力、巷道围岩变形加剧以及采场岩层失稳加剧,使巷道的支护难度增大。为了完善自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法,引入... 详细信息

随着深部煤炭资源开采的迅速发展,开采深度的增加将伴随着复杂地质环境和强烈采动影响,表现为高地应力、巷道围岩变形加剧以及采场岩层失稳加剧,使巷道的支护难度增大。为了完善自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法,引入了一种能综合反映轴向和剪切变形的锚杆单元。该锚杆单元的本质是在任一种覆盖(将一个四边形岩石单元离散成两个三角形子单元,离散方式有两种,即两种覆盖)中,锚杆节点相对于子单元的位置保持不变。利用引入锚杆单元后的连续-非连续方法开展了锚杆拉拔和剪切数值试验。在锚杆拉拔数值试验中,距拉拔端一定距离内的锚杆单元轴力呈振荡上升趋势,从围岩对锚杆作用的角度对此进行了解释;通过将得到的锚杆轴力分布与基于Mindlin问题的位移解推导出的理论结果进行对比,验证了锚杆单元的正确性。在锚杆剪切数值试验中,最靠近剪切面的锚杆单元附近围岩出现了应力集中现象,这是由于该锚杆单元产生了剪切变形,从而对围岩产生了作用力。利用引入锚杆单元后的连续-非连续方法模拟了静载荷下有无锚杆支护的巷道围岩变形-开裂-运动过程。锚杆支护使得巷道围岩的应力分布、裂纹区段数目、顶板下沉量和两帮移进量均有不同程度的改善,巷道围岩更早达到平衡。从锚杆长度范围内的围岩围压增大的角度对锚杆支护机理进行了解释。本文锚杆支护条件下的结果比传统连续方法的结果更加符合实际,这是由于岩石单元之间的明显裂纹使围岩发生了较显著的膨胀。当地应力处于一定范围内,地应力越大,锚杆支护效果越好。利用引入锚杆单元后的连续-非连续方法模拟了冲击载荷下有无锚杆支护的巷道围岩变形-开裂-运动过程。当原始压应力波传至巷道上表面附近测点后,该测点最大主应力刚开始呈下降-上升-下降的变化趋势,这是由于原始压、拉应力波不同时刻的叠加不同导致的。锚杆支护使得巷道围岩的应力、裂纹区段数目、顶板下沉量和两帮移进量均有不同程度的改善,这是由于锚杆与围岩共同承担了冲击载荷,并且锚杆通过增大围岩围压的方式提高了围岩的承载能力。本文的锚杆单元对于阻碍巷道围岩变形、控制裂纹发展和改善应力分布具有良好的效果。该锚杆是虚拟单元,其计算效率较高(无需单独的时步长度),并且,实体单元的网格划分过程不受影响。该论文有图48幅,表2个,参考文献114篇。

关键词：连续-非连续方法锚杆单元巷道围岩支护效果地应力冲击载荷

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考虑动力本构模型的连续-非连续方法研究及应用

考虑动力本构模型的连续-非连续方法研究及应用

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作者：刘桐辛辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

动载作用下岩石的破坏规律研究对于众多地质灾害的机理分析和预防具有重要的理论及实际意义。鉴于数值模拟研究的优势,应大力发展适于岩石动力断裂过程模拟的数值方法。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,采用... 详细信息

动载作用下岩石的破坏规律研究对于众多地质灾害的机理分析和预防具有重要的理论及实际意义。鉴于数值模拟研究的优势,应大力发展适于岩石动力断裂过程模拟的数值方法。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的基础上,采用朱-王-唐本构模型取代了广义胡克定律,发展了考虑动力本构的连续-非连续方法,其正确性通过模拟不同加载速度下砂岩试样的单轴压缩实验进行了验证。采用考虑动力本构的连续-非连续方法开展了不同加载速度下单轴压缩花岗岩试样的变形-开裂过程的数值模拟研究,阐明了岩样的开裂机理。剪裂缝以雁列式展布,整体上形成剪切带。随着时步数目的增加,各测点的最小主应力均呈波动下降-震荡上升的变化趋势。震荡上升阶段对应岩样的应变软化阶段。测点分离后最小主应力的震荡幅度较大,这是由于节点分离和单元接触激发了较大的应力波。剪切带尖端的最小主应力集中会使测点发生剪切分离。当岩样的三角块向下楔入时,下方测点的应力状态类似于紧凑拉伸实验的而发生拉伸分离。采用考虑动力本构的连续-非连续方法开展了不同冲击幅值下巷道围岩的变形-开裂过程的数值模拟研究。剪裂缝先产生在巷道两帮,形成了V形坑,后产生在巷道顶板;拉裂缝主要产生在巷道顶、底板。冲击荷载的幅值对巷道顶板的剪、拉裂缝分布影响较大;对巷道两帮的V形坑深度影响较小。当幅值较大时,巷道左、右肩附近的剪裂缝呈片状分布;当幅值较小时,巷道左、右肩附近的剪裂缝呈带状分布。在施加冲击荷载后,剪裂缝区段数目多于拉裂缝区段数目。随着幅值的增加,巷道围岩内剪裂缝区段数目增加。采用考虑动力本构的连续-非连续方法开展了冲击及液压支架作用下巷道围岩的变形-开裂过程的数值模拟研究。有支护作用下巷道左、右肩附近的剪裂缝出现时间较晚,范围较小。在裂缝区段数目的急剧增加阶段,有支护作用下裂缝区段数目增加的速率小于无支护作用下裂缝区段数目增加的速率;在裂缝区段数目的恒定不变阶段,有支护作用下裂缝区段数目少于无支护作用下裂缝区段数目。液压支架的支护作用使巷道围岩在一定程度上抵抗了冲击荷载的作用,抑制了巷道顶板的剪、拉裂缝扩展,提高了巷道的安全性。该论文有图44幅,表4个,参考文献85篇。

关键词：连续-非连续方法朱-王-唐本构模型液压支架单轴压缩巷道围岩冲击荷载幅值

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