硬岩层爆超声波平测法试验研究 被引量：7

1

作者 张晓君 刘国磊 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S2期203-209,共7页

为了克服巷(隧)道岩爆破裂演化及监测研究的不足,结合全过程超声波平测法监测,开展了花岗岩试样单面约束情况下的双轴压缩试验,得出了硬岩超声波平测法均质度及波速的确定方法,分析和探讨了硬岩层爆机理及超声波平测波形规律。结果表明... 为了克服巷(隧)道岩爆破裂演化及监测研究的不足,结合全过程超声波平测法监测,开展了花岗岩试样单面约束情况下的双轴压缩试验,得出了硬岩超声波平测法均质度及波速的确定方法,分析和探讨了硬岩层爆机理及超声波平测波形规律。结果表明,爆裂体呈现明显层裂现象,岩爆核心位于临界爆裂前的临空面内部应力集中区;平测波形可以揭示硬岩层爆的孕育演化进程,在加载过程中超声波平测波速总体呈现阶段性下降趋势,后续波到达时间在加载前期和中期总体变动不大,到了后期明显增加,后续波波幅在加载过程中总体呈现下降趋势,爆裂前波幅有所增加;探讨了超声波平测法在硬岩层爆现场监测中的应用,可以根据平测法波形、波速的变化情况预测硬岩层爆和实现对围岩的无损监测,可进一步通过损伤变量揭示其损伤演化进程并实现预测。 展开更多

关键词 硬岩 层爆 超声波平测法 双轴压缩试验 波速

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卸压孔劈裂局部解危效应试验研究 被引量：2

2

作者 张晓君 李晓程 +1 位作者 刘国磊 李宝玉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期171-178,共8页

针对岩爆局部解危,提出在施工卸压孔基础上将卸压孔劈裂的局部解危方法,结合应变和声发射监测技术开展具有岩爆倾向性的卸压孔劈裂试样双轴压缩试验。结果表明,与单纯施工卸压孔相比,含0°、45°劈裂缝的围岩局部解危演化进程... 针对岩爆局部解危,提出在施工卸压孔基础上将卸压孔劈裂的局部解危方法,结合应变和声发射监测技术开展具有岩爆倾向性的卸压孔劈裂试样双轴压缩试验。结果表明,与单纯施工卸压孔相比,含0°、45°劈裂缝的围岩局部解危演化进程由卸压孔两帮控制转为由劈裂缝端部控制,扩大了局部解危区域,卸压孔和劈裂缝共同起局部解危作用;含90°劈裂缝的围岩局部解危进程仍由卸压孔两帮控制,含0°、45°劈裂缝的峰前应力与垂直应变关系曲线非线性特征增强,峰前能量耗散加大,更大程度地降低了围岩完整性,起到明显卸压效果;相比较而言,0°劈裂缝的局部解危效果最好,其峰前能量释放占比达到85.70%,45°次之,90°较差。研究结果对岩爆防控具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 岩爆 卸压孔 劈裂 双轴压缩试验 声发射

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基于位移的岩爆应力松弛试验研究 被引量：2

3

作者 张晓君 王宇晨 +1 位作者 刘国磊 李宝玉 《金属矿山》 CAS 北大核心 2021年第6期150-156,共7页

针对岩爆应力松弛机理,采用透明亚克力板材对试样进行侧向约束,开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样在侧面约束情况下的单轴压缩应力松弛试验。结果表明:采用透明亚克力板材作为侧向约束材料是可行的,满足试验要求;通过监测应力松弛过程... 针对岩爆应力松弛机理,采用透明亚克力板材对试样进行侧向约束,开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样在侧面约束情况下的单轴压缩应力松弛试验。结果表明:采用透明亚克力板材作为侧向约束材料是可行的,满足试验要求;通过监测应力松弛过程中垂直临空面方向的位移可以反映围岩内部情况,其位移持续增加可作为岩爆的前兆信息进行岩爆预测预报;岩爆破裂位置主要集中在临空面附近,表现为以劈裂为主的劈—剪复合破坏;岩爆不仅可以发生在加载过程中,也可以发生在应力松弛过程中;围岩产生垂直临空面方向的位移将形成拉应力,如果拉应力超过临界,则极易失稳产生劈裂破坏,拉应力的增加伴随着剪应力的增加,剪应力达到一定值,在围岩内部将产生剪裂纹,最终与劈裂纹一起形成劈—剪复合破坏。研究结果对岩爆机理、监测与防控具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 岩爆 应力松弛 位移 临空面 劈裂

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含卸压孔硬岩应力松弛特性试验研究 被引量：8

4

作者 赵振华 张晓君 李晓程 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期2192-2199,共8页

针对非完整硬岩应力松弛特性研究的不足,开展了含卸压孔的具有岩爆倾向性的辉长岩试样峰前加载、松弛和再加载、再松弛模式的应力松弛试验,得出了其峰前应力松弛特性、松弛模型和超声波变化规律,揭示了应力松弛过程的卸压孔作用机制。... 针对非完整硬岩应力松弛特性研究的不足,开展了含卸压孔的具有岩爆倾向性的辉长岩试样峰前加载、松弛和再加载、再松弛模式的应力松弛试验,得出了其峰前应力松弛特性、松弛模型和超声波变化规律,揭示了应力松弛过程的卸压孔作用机制。结果表明:含卸压孔硬岩应力松弛过程经历了迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段;随峰前加载载荷增加,其应力松弛度总体上呈现增加,能量耗散量增加,用于硬岩损伤破裂演化的能量比例增加;通过波速、波幅和波形变化对比分析可以反映含卸压孔硬岩应力松弛过程的变形损伤破裂演化进程;Burgers模型能较好地反映含卸压孔硬岩的应力松弛特性。经与完整辉长岩试样应力松弛试验对比分析,表明同等情况下含卸压孔硬岩的应力松弛度更大,松弛过程能量耗散量更多,耗散速度也更快。该研究结果对硬岩、含卸压孔硬岩长期稳定性分析、预测及岩爆解危具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 硬岩 卸压孔 应力松弛 波速 能量耗散 岩爆

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直墙拱形巷(隧)道岩爆卸压孔解危效应试验研究 被引量：2

5

作者 王宇晨 张晓君 刘啸 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第8期27-33,共7页

针对岩爆卸压孔解危效应研究的不足,开展了未含卸压孔和含卸压孔的直墙拱形巷(隧)道花岗岩试样双轴压缩试验,分别建立了基于能量释放量的巷(隧)道围岩损伤变量表达式、基于岩石微元破坏概率的巷(隧)道围岩临空面发生劈裂破坏的损伤变量... 针对岩爆卸压孔解危效应研究的不足,开展了未含卸压孔和含卸压孔的直墙拱形巷(隧)道花岗岩试样双轴压缩试验,分别建立了基于能量释放量的巷(隧)道围岩损伤变量表达式、基于岩石微元破坏概率的巷(隧)道围岩临空面发生劈裂破坏的损伤变量表达式和临空面内部发生剪切破坏的损伤变量表达式,分析了岩爆卸压孔解危效应损伤演化。结果表明,与未施工卸压孔相比,施工卸压孔后其承载能力明显下降,同时整体破坏时的应力降低率也明显下降,同等情况下的变形也有所增加;直墙拱形巷(隧)道破裂演化均从卸压孔两侧开始,产生明显的翼裂纹并扩展至边界,卸压孔由圆形变成椭圆形;施工卸压孔的巷(隧)道两侧帮破坏不严重,破坏主要集中在卸压孔位置,巷(隧)道围岩破坏范围大为缩小,破坏程度大为降低,卸压孔起到了明显的岩爆解危效果;卸压孔控制着整个直墙拱形巷(隧)道围岩破裂演化的进程,对围岩破裂演化起到了关键性控制作用;含卸压孔的巷(隧)道围岩损伤演化与围岩临空面发生劈裂破坏的损伤演化进程基本一致,未施工卸压孔的巷(隧)道损伤演化与临空面内部发生剪切破坏的损伤演化进程基本一致,施加卸压孔使巷(隧)道围岩破裂演化向完全劈裂方向演化发展,可以通过劈裂和剪切损伤演化进程来预测岩爆的发生。 展开更多

关键词 直墙拱形巷(隧)道 岩爆 卸压孔 双轴压缩试验 损伤演化

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岩石内部缺陷的超声波平测法检测研究 被引量：1

6

作者 李晓程 张晓君 褚夫蛟 《山东理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2019年第6期35-38,共4页

为了克服岩石内部缺陷定量分析研究的不足,将超声波平测技术与MATLAB数值分析相结合,对岩石内部缺陷及损伤发育状况进行了检测和分析。利用超声波平测对岩石进行了有限次无损测量,通过对所测数据的MATLAB数值分析处理,拟合出了较理想的... 为了克服岩石内部缺陷定量分析研究的不足,将超声波平测技术与MATLAB数值分析相结合,对岩石内部缺陷及损伤发育状况进行了检测和分析。利用超声波平测对岩石进行了有限次无损测量,通过对所测数据的MATLAB数值分析处理,拟合出了较理想的岩石内部缺陷及损伤结构面的大致形状和函数表达式,推导出了损伤结构面的面积公式,得出了岩石内部缺陷面积。算例验证表明该方法可靠有效,研究结果对工程灾害的防治具有借鉴意义。 展开更多

关键词 岩石内部缺陷 超声波平测法 数值分析 面积

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循环加卸载下直墙拱形巷(隧)道应力松弛特性试验研究

7

作者 刘啸 张晓君 +2 位作者 魏金祝 何俊玲 王靖涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期476-484,共9页

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明:在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松... 针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明:在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛规律一致,但随着循环次数的增加,应力松弛时间放缓,应力衰减损失程度在降低;低载荷下的应力松弛过程是巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程,内部没有损伤产生,整体未产生破裂;在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势,最终同样表现为巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程;与低载荷下相比,中等载荷下的应力松弛过程变慢,内部有损伤产生,但后续循环未导致围岩破坏;在高载荷下的直墙拱形巷(隧)道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程,巷(隧)道持续损伤破裂,侧帮产生层爆,最终形成V型爆坑,整体呈现两次明显爆裂破坏;采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程,建立了分数阶模型即应力松弛方程,拟合效果基本吻合;定义了应力松弛度,可以完全反映应力松弛全过程及松弛程度;工程上应采取措施阻止岩爆岩体松弛过程变形发展到临界状态。研究结果对岩爆机制、预测预警及硬岩长期稳定性分析等具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 直墙拱形巷(隧)道 循环加卸载 应力松弛 拉应力 岩爆

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基于薄板理论的巷道层状顶板破断模型分析 被引量：8

8

作者 于辉 刘国磊 初道忠 《煤炭技术》 CAS 2018年第1期13-16,共4页

基于弹性薄板理论,对巷道单层厚度较小的层状顶板进行力学分析,建立不同边界条件下层状顶板岩层的薄板力学模型,通过推导四边简支板和两对边固支板边界条件下顶板岩层所受的最大弯矩理论解,依据第一强度理论建立顶板岩层最大拉应力方程... 基于弹性薄板理论,对巷道单层厚度较小的层状顶板进行力学分析,建立不同边界条件下层状顶板岩层的薄板力学模型,通过推导四边简支板和两对边固支板边界条件下顶板岩层所受的最大弯矩理论解,依据第一强度理论建立顶板岩层最大拉应力方程,并结合数值模拟分析得到了顶板岩层应力分布特征与破断机理。 展开更多

关键词 层状顶板 薄板模型 数值分析

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基于锚杆预紧力的深部硬岩岩爆监测及防控研究 被引量：4

9

作者 张晓君 刘啸 何俊玲 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期3498-3506,共9页

针对深部硬岩岩爆监测及防控研究的不足,提出锚杆预紧力岩爆监测方法,研制锚杆预紧力监测系统,开展锚固体试样双轴压缩试验,分析锚杆预应力和垫板,确定岩爆防控的锚杆间距设计方法。结果表明,锚杆预紧力对硬岩微小变形具有很强的敏感性... 针对深部硬岩岩爆监测及防控研究的不足,提出锚杆预紧力岩爆监测方法,研制锚杆预紧力监测系统,开展锚固体试样双轴压缩试验,分析锚杆预应力和垫板,确定岩爆防控的锚杆间距设计方法。结果表明,锚杆预紧力对硬岩微小变形具有很强的敏感性,与岩爆变形损伤破裂演化进程具有很好的对应关系,可以通过监测锚杆预紧力来预测岩爆;与即时岩爆相比,时滞型岩爆表现为锚杆预紧力呈现多个明显的突增峰值;随着锚固围岩的深度增加,锚杆预应力不断衰减,影响范围不断增加;随着压力扩散角增加,锚杆预应力随深度衰减越快,影响范围增加越明显;定义了临界深度,给出了临界深度公式,基于临界深度得出了优化的锚杆垫板间距公式,提出了用于锚杆间距设计的锚杆预应(紧)力原理,得到了优化的锚杆垫板设计间距,该设计方法突出了对围岩浅部的控制,特别适用针对岩爆等围岩灾害的浅部防控设计;锚杆垫板与围岩表面接触情况影响锚固效果,应确保垫板与围岩表面充分接触,保证锚杆预紧力通过垫板向围岩表面及内部有效传递和产生作用;研究结果对预应力锚杆锚固机制、岩爆监测、预测预报及防控等具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 岩石力学 深部硬岩 锚杆预紧力 岩爆监测 垫板 流变 接触系数

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基于Info-gap理论的巷(隧)道围岩岩爆稳健可靠性预测

10

作者 张晓君 魏金祝 +1 位作者 刘啸 王宇晨 《金属矿山》 CAS 北大核心 2023年第2期43-48,共6页

鉴于岩爆倾向性围岩对其参数变化的强敏感性,考虑巷(隧)道围岩物理、力学、环境等参数的变化幅度,建立了基于Info-gap理论的Info-gap模型、稳健函数及评价模型,定义了具有明确含义的安全系数。采用抗力—荷载模型,基于岩爆烈度分级标准... 鉴于岩爆倾向性围岩对其参数变化的强敏感性,考虑巷(隧)道围岩物理、力学、环境等参数的变化幅度,建立了基于Info-gap理论的Info-gap模型、稳健函数及评价模型,定义了具有明确含义的安全系数。采用抗力—荷载模型,基于岩爆烈度分级标准,建立了岩爆预测的功能函数。通过工程实例验证了基于Info-gap理论的岩爆预测模型的可靠性,并探讨了各参数对岩爆预测结果的影响。结果表明:基于Info-gap理论的岩爆预测模型是合理和适用的;通过岩爆预测评价模型,可实现对强烈岩爆、中等岩爆、弱岩爆和无岩爆的连续评价预测;若评价结果为强烈岩爆,则中等岩爆和弱岩爆必发生,若评价结果为中等岩爆,则弱岩爆必发生;随支护力的增加,稳健可靠度指标增加,支护对岩爆烈度降低及岩爆发生与否有重要控制性作用;对于巷(隧)道围岩内部而言,所处位置不同,稳健可靠度指标不同,代表其岩爆烈度不同,通过稳健可靠性分析可得出不同岩爆烈度的岩爆深度;地应力值的变化对岩爆烈度及岩爆发生与否有重要影响。研究结果可为岩爆预测及控制提供依据。 展开更多

关键词 岩爆 Info-gap模型 功能函数 稳健可靠度指标 侧压系数

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基于图像分析的直墙拱形巷道岩爆片剥试验

11

作者 刘啸 张晓君 王宇晨 《山东理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2023年第1期48-53,共6页

针对岩爆片剥研究的不足,基于ImageJ图像分析软件,开展了具有岩爆倾向性的直墙拱形巷道岩爆片剥试验研究,制作了可清晰观测巷道围岩临空面的试样;通过透明亚克力板材对试样进行约束,得到了全巷道临空面片剥现象。结果表明,随载荷增加,... 针对岩爆片剥研究的不足,基于ImageJ图像分析软件,开展了具有岩爆倾向性的直墙拱形巷道岩爆片剥试验研究,制作了可清晰观测巷道围岩临空面的试样;通过透明亚克力板材对试样进行约束,得到了全巷道临空面片剥现象。结果表明,随载荷增加,灰度孔隙率总体呈现下降趋势,表明巷道临空面超过灰度阈值的面积范围不断增加,灰度值在持续升高,应力在持续增加;随载荷增加,巷道临空面灰度均值总体上在增加,巷道临空面片剥前灰度值升高明显,说明应力在升高,达到临界应力后巷道临空面产生片剥;总体上来看,颗粒数量是在逐步减少。巷道临空面片剥前灰度孔隙率、灰度均值、颗粒数量均有明显变化,可通过这些参数来综合反映巷道岩爆片剥的演化规律及前兆,并通过图像分析来揭示岩爆片剥问题。 展开更多

关键词 岩爆 直墙拱形巷道 片剥 图像分析 临空面

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基于超声波平测的巷(隧)道岩爆破裂演化试验研究 被引量：9

12

作者 张晓君 林芊君 +2 位作者 李海洲 刘国磊 郑怀昌 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2016年第12期75-79,共5页

针对岩爆试验及监测研究的不足,基于超声波平测法声波监测,利用真三轴加卸载试验系统开展了直墙拱形巷(隧)道在单面约束情况下的双轴压缩岩爆试验,分析和探讨了岩爆破裂演化与平测波形规律。结果表明,随着垂直载荷的增加,巷(隧)道围岩... 针对岩爆试验及监测研究的不足,基于超声波平测法声波监测,利用真三轴加卸载试验系统开展了直墙拱形巷(隧)道在单面约束情况下的双轴压缩岩爆试验,分析和探讨了岩爆破裂演化与平测波形规律。结果表明,随着垂直载荷的增加,巷(隧)道围岩两帮呈现出起伏、粗糙破裂面和片剥体,整体试样产生沿加载方向发展演化的裂纹;实现了全程的超声波平测法声波监测,经过波形对比分析,可以较好的反映围岩表面附近和内部的破裂演化进程,波形开始畸变可做为围岩岩爆破裂演化的前兆;通过监测分析平测法声波波幅,可以掌握围岩内部的全程发展变化情况,实现对围岩能量聚集、耗散与释放过程的识别;对于巷(隧)道围岩层裂、离层及完整围岩岩爆等可应用超声波平测法进行声波检测与监测。 展开更多

关键词 直墙拱形巷(隧)道 岩爆 超声波平测法 双轴压缩试验 声波监测

原文传递

硬岩层爆及锚杆锚固机制试验研究 被引量：5

13

作者 张晓君 林芊君 刘国磊 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2365-2372,共8页

针对巷(隧)道岩爆破裂演化及锚杆锚固机制研究的不足,利用自制的真三轴加卸载试验系统开展具有岩爆倾向性的无锚固和树脂锚杆锚固长方体硬岩试样在单面约束情况下的双轴压缩对比试验研究,分析和探讨硬岩层爆、层级破裂演化及锚杆锚固机... 针对巷(隧)道岩爆破裂演化及锚杆锚固机制研究的不足,利用自制的真三轴加卸载试验系统开展具有岩爆倾向性的无锚固和树脂锚杆锚固长方体硬岩试样在单面约束情况下的双轴压缩对比试验研究,分析和探讨硬岩层爆、层级破裂演化及锚杆锚固机制。结果表明,在无锚固的情况下,硬岩呈现明显层爆现象,从临空面到深部,爆裂破断面的分形维数主要集中在1.3~1.8范围,随层序由于破断面摩擦作用的增强导致其分形维数随之降低,断裂形态随层序逐渐由张拉断裂为主导向剪切断裂为主导过渡,同时各层面均或多或少伴有次生层断裂;锚杆锚固明显降低了爆裂层数及范围,限制了硬岩逐层爆裂;理论分析得出临空面附近硬岩层爆层数的计算公式;视硬岩层爆部分为层状岩层,提出层爆控制的锚杆组合梁理论;临空面附近以劈裂为主的层爆是受压致拉的结果,通过锚杆锚固显著提高了完整岩体的抗拉强度,使层爆层数及范围大为降低甚至不发生层爆。 展开更多

关键词 岩石力学 硬岩 层爆 锚杆锚固 双轴压缩试验 分形维数

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应力松弛岩爆试验及演化模型研究 被引量：4

14

作者 张晓君 王宇晨 +1 位作者 刘国磊 李宝玉 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2021年第9期61-67,共7页

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,对具有岩爆倾向性的辉长岩开展了单轴压缩应力松弛岩爆试验,得出了两类应力松弛规律和岩爆演化过程,建立了应力松弛模型,定义了应力松弛损伤变量,分析了应力松弛岩爆过程与机理。结果表明,应力松... 针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,对具有岩爆倾向性的辉长岩开展了单轴压缩应力松弛岩爆试验,得出了两类应力松弛规律和岩爆演化过程,建立了应力松弛模型,定义了应力松弛损伤变量,分析了应力松弛岩爆过程与机理。结果表明,应力松弛岩爆过程可分为两类:第一类经过迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,此类可能发生轻微到中等的局部岩爆,且集中在衰减阶段出现,最终趋于稳定;第二类经过逐渐衰减、迅速衰减和丧失3个演化阶段,全过程均伴随有轻微到中等岩爆发生,最终发生强岩爆或整体爆裂。整个应力松弛岩爆经历了裂纹萌生、扩展、贯通、爆开、颗粒和岩片弹射等复杂过程,直至最终发生整体爆裂。分数阶模型能较好反映第一类松弛演化阶段,其对预测分析符合此应力松弛规律的轻微到中等岩爆是适合的,但不能反映第二类松弛岩爆演化过程。依据定义的应力松弛损伤变量,第一类应力松弛岩爆过程经过加速损伤、缓慢损伤和稳定3个演化阶段,第二类经过缓慢损伤、加速损伤和失稳岩爆3个演化阶段。研究结果对岩爆机理、预测预警及硬岩长期稳定性分析等具有很好的指导作用。 展开更多

关键词 岩爆 应力松弛 波速 损伤变量

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高应力巷道围岩钻孔劈裂解危研究 被引量：2

15

作者 张晓君 李晓程 +1 位作者 宋林波 李如峪 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2019年第9期57-61,共5页

针对目前岩爆解危措施存在的问题,提出在施工卸压孔的基础上通过液压机械对围岩实施劈裂实现解危的方法,开展了3种劈裂角度的卸压解危数值试验,试验再现了高应力巷道围岩钻孔劈裂损伤破裂演化全过程。结果表明,劈裂角度为0°时其钻... 针对目前岩爆解危措施存在的问题,提出在施工卸压孔的基础上通过液压机械对围岩实施劈裂实现解危的方法,开展了3种劈裂角度的卸压解危数值试验,试验再现了高应力巷道围岩钻孔劈裂损伤破裂演化全过程。结果表明,劈裂角度为0°时其钻孔顶底部的损伤破裂最明显,而劈裂角度为45°时其劈裂缝全长度范围内的损伤破裂最明显,二者的解危效果均较好,可避免能量的突然释放,实现岩爆解危;劈裂角度为90°时的钻孔劈裂解危效果不明显,劈裂角度从45°~90°,解危效果明显减弱;劈裂角度对围岩损伤破裂演化过程起主要控制作用,在钻卸压孔的基础上施工满足要求角度的劈裂缝,并结合围岩解危效果监测可更好地实现岩爆解危。 展开更多

关键词 高应力巷道 钻孔劈裂 岩爆解危 数值试验

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硬岩树脂锚杆锚固体岩爆破裂演化试验研究 被引量：1

16

作者 张晓君 林芊君 于辉 《矿业研究与开发》 北大核心 2017年第5期55-59,共5页

针对岩爆巷(隧)道树脂锚杆锚固机制研究的不足,利用真三轴加卸载试验系统,开展了两种加载模式下的具有岩爆倾向性的树脂锚杆锚固硬岩试样在一侧约束情况下的双轴压缩试验。分析和探讨了树脂锚杆锚固体岩爆破裂演化及锚固控制。结果表明... 针对岩爆巷(隧)道树脂锚杆锚固机制研究的不足,利用真三轴加卸载试验系统,开展了两种加载模式下的具有岩爆倾向性的树脂锚杆锚固硬岩试样在一侧约束情况下的双轴压缩试验。分析和探讨了树脂锚杆锚固体岩爆破裂演化及锚固控制。结果表明,在逐级连续加载模式下,锚固体试样产生了小幅度应力降,没有垫板约束的部分可见明显裂纹并呈现层裂现象,观察锚固体内部断面发现锚固体本身基本完好;在逐级断续加载模式下,试样发生整体成层爆裂,小直径锚杆发生断裂,随着锚杆直径的增大,锚固体在控制层爆方面的效果越明显,可用岩爆控制的锚杆组合梁理论来解释其锚固机理;锚固体呈现出比较小的应力松弛现象,是试样内部能量传递、吸收和耗散变化调整的结果,在加载后期一旦应力松弛过程存在非弹性变形极易诱发岩爆;两种加载模式下树脂锚杆锚固体破裂演化不同,原因在于锚杆锚固体内部能量传递和吸收的程度不同。 展开更多

关键词 岩爆 树脂锚杆锚固体 双轴压缩试验 破裂演化 应力松弛

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岩爆硬岩应力松弛特性试验研究 被引量：2

17

作者 李晓程 张晓君 +2 位作者 赵振华 刘国磊 李宝玉 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2019年第4期38-42,共5页

针对硬岩应力松弛特性及监测研究的不足,基于全过程超声波监测,开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样单轴压缩峰前应力松弛试验,得出了硬岩峰前应力松弛特性和超声波波形规律,建立了应力松弛模型,定义了应力松弛能量耗散率指标,探讨了应力... 针对硬岩应力松弛特性及监测研究的不足,基于全过程超声波监测,开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样单轴压缩峰前应力松弛试验,得出了硬岩峰前应力松弛特性和超声波波形规律,建立了应力松弛模型,定义了应力松弛能量耗散率指标,探讨了应力松弛过程的能量储耗,得出了基于应力松弛试验的岩石均质度的确定方法。结果表明,硬岩应力松弛过程经历了迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛度非常低;Burgers模型能较好的反映硬岩的应力松弛特性,可用于实际工程长期稳定性分析中;在加载应力水平为其单轴抗压强度的70%以内时,其应力松弛过程的波速未发生变化,首波波幅均在11～12mV之间起伏波动变化,可结合超声波监测揭示其应力松弛过程中的变形损伤演化进程,研究成果对硬岩长期稳定性分析、预测及岩爆监测预警具有很好的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 硬岩 应力松弛 超声波监测 波速 岩爆

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基于扰动和层间作用的硬岩层爆演化及预测

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作者 张晓君 刘啸 王宇晨 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期504-510,共7页

针对工程岩体层爆研究的不足,根据现场及室内试验硬岩层爆现象,分析硬岩层爆演化,建立层爆演化模型,定义爆裂松脱力,考虑工程扰动和层间关系,结合巷(隧)道开挖前后岩爆层演化,针对演化进程分别建立层爆预测模型,确定层爆发生的必要条件... 针对工程岩体层爆研究的不足,根据现场及室内试验硬岩层爆现象,分析硬岩层爆演化,建立层爆演化模型,定义爆裂松脱力,考虑工程扰动和层间关系,结合巷(隧)道开挖前后岩爆层演化,针对演化进程分别建立层爆预测模型,确定层爆发生的必要条件和充要条件。结果表明:理论分析结果与现场实际情况基本一致,给出的预测模型和层爆发生条件是合理和适用的;考虑卸荷致拉、工程扰动和层间关系,得出层爆演化过程爆裂松脱力计算式,层爆第1层可认为是岩爆关键层,控制关键层是控制连锁性层爆的关键,应该把强化和加固关键层作为岩爆控制重点;根据能量演化情况,得出工程岩体发生层爆的层数计算式,在同等情况下,岩爆倾向性硬岩更易诱发层爆并产生更多的层数;得出工程岩体围岩发生层爆的临界载荷、最小值及临界厚长比,随着厚长比的减小,临界应力降幅明显,随着垂直应力减小,临界厚长比减小;考虑工程扰动和层间关系情况下,层爆更易发生,层爆范围也更大,也更符合实际;提出层爆控制的关键层理论,通过施工高密度预应力短锚杆,构建锚杆组合梁,形成由锚固区深度决定的新的关键层,将有效降低层爆发生概率及层数,控制层爆的发生。 展开更多

关键词 层爆 硬岩 层间作用 工程扰动 预测模型

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不同卸压孔劈裂角度的硬岩岩爆局部解危效应

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作者 张晓君 李晓程 +1 位作者 王宇晨 刘国磊 《矿业研究与开发》 CAS 北大核心 2021年第8期70-78,共9页

针对岩爆局部解危,分别开展了基于室内试验和现场尺度的不同卸压孔劈裂角度和无劈裂情况下的FLAC3D数值模拟,结果表明,同条件下,在卸压孔及劈裂缝的周围,0°劈裂缝的围岩变形不均匀性最大,最易通过局部损伤破裂耗散能量,90°劈... 针对岩爆局部解危,分别开展了基于室内试验和现场尺度的不同卸压孔劈裂角度和无劈裂情况下的FLAC3D数值模拟,结果表明,同条件下,在卸压孔及劈裂缝的周围,0°劈裂缝的围岩变形不均匀性最大,最易通过局部损伤破裂耗散能量,90°劈裂缝和无劈裂缝情况的围岩变形不均匀性最小,几乎接近均匀,难于通过局部损伤破裂来耗散能量;劈裂角度为0°~45°时,塑性区从劈裂缝尖端部开始萌生,并沿最大主应力方向扩展发育,在形态上呈共轭状分布,在沿卸压孔轴线方向(y轴方向)上,塑性区从临空面向孔底部呈近似锥状收缩,即从孔底到围岩临空面,塑性区范围不断增大,随着劈裂角度的增加,围岩塑性区范围随之减小;垂直于最大主应力方向的卸压孔劈裂缝解危效果最好,现场施工与最大主应力方向相垂直的卸压孔劈裂缝,根据现场围岩表面的破裂演化情况来综合确定临空面完整性系数,根据现场施工的卸压孔深度,可大致确定卸压孔劈裂解危深度。 展开更多

关键词 岩爆 卸压孔 劈裂 数值模拟 塑性区

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