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岩石应变软化及渗透率演化模型和试验验证被引量：8: 2016年; 为预测承载岩石的应变软化和渗透率演化,基于Gebdykes白云岩的三轴试验结果,分析了围压对岩石弹性模量、破坏应变、峰值强度、强度退化过程、残余强度和剪胀扩容的影响规律。将岩石变形全过程简化为3阶段,使用强度退化指数、脆性模量系数和扩容指数改进FLAC中的SS模型,建立了考虑围压影响的岩石应变软化模型。基于淮南潘一矿煤、凝灰岩、巴里坤砂岩、山西安家岭泥岩的渗透率与体积应变实验数据,建立了基于体积应变增透率的岩石渗透率演化模型,与改进SS模型结合,建立了考虑围压影响的岩石应变软化和渗透率演化模型。利用本文模型分别模拟了安家岭泥岩和Gebdykes白云岩的三轴压缩、渗透率演化和体积扩容过程,结果表明:1体积应变渗透率演化模型能较好地描述体积应变与渗透率的关系;2本文模型能较好地模拟围压对岩石残余强度、峰后强度退化过程和剪胀扩容的影响,能较准确预测承载岩石的渗透率演化。; 张春会郑晓明

Numerical modeling of permeability evolution based on degradation approach during progressive failure of brittle rocks被引量：4: 2016年; The permeability evolution of rock during the progressive failure process is described. In combination with the strength degradation index, the degradation formulas of s and a, which are dependent on the plastic confining strain component, the material constants of Hock-Brown failure criterion are presented, and a modified elemental scale elastic-brittle-plastic constitutive model of rock is established. The rela- tionship between volumetric strain and permeability through tri-axial compression is investigated. Based on the above, a permeability evolution model is established. The model incorporates confining pressure- dependent degradation of strength, dilatancy and corresponding permeability evolution. The model is implemented in FLAC by the FISH function method. The permeability evolution behavior of rock is inves-tigated during the progressive failure process in a numerical case. The results show that the model is cap- able of reproducing, and allowing visualization of a range of hydro-mechanical responses of rock. The effects of confining pressure on degradation of strength, dilatancy and permeability evolution are also reflected.; Zhang ChunhuiYue HongliangZhao QuanshengWang Laigui

承载围岩渗透率演化模型及数值分析被引量：13: 2014年; 为反映承载围岩变形破坏过程中渗透率的变化,将岩石变形破坏过程视作弹-脆-塑过程,分析了岩石全程应力-应变-渗透率关系,建立岩石渗透率演化数学模型。模型中岩石单元的渗透率演化包括如下阶段:①岩石单元破坏前,渗透率为孔隙率的函数;②若岩石单元发生剪切破坏,假设岩石单元剪胀扩容在单元体内引起两条斜交裂隙;③若岩石单元发生拉破坏,体积膨胀在单元体内引起两条正交的裂隙。基于平行板的渗透率立方体定律计算破坏岩石单元的渗透率,进而建立了承载岩石弹性变形、脆性破坏全过程的岩石渗透率演化模型。在FLAC软件下利用Fish函数方法实现了该模型。数值算例研究了不同围压下加载立方体岩样的渗透率演化过程,结果表明:建立的模型可以较合理地反映承载岩石弹性变形和破坏引起的渗透率变化,也可以较合理地反映围压对岩石渗透率的影响。; 于永江张春会赵全胜王来贵; 关键词：渗透率围压剪胀

采动煤岩渗透率演化模型及数值模拟被引量：6: 2015年; 为描述采动煤岩渗透率演化过程,引入强度退化指数,基于Hoek-Brown强度准则,建立了考虑围压影响的煤岩应变软化力学本构模型。给出了体积应变和渗透率的关系方程,结合应变软化模型建立了采动煤岩渗透率演化模型,并在FLAC下予以实现。通过数值模拟研究了不同围压下圆柱岩样的峰后应变软化力学行为和某煤矿工作面开采过程中煤岩的渗透率演化过程,结果表明:(1)该模型能较好地反映围压对煤岩峰后应变软化行为的影响;(2)随着工作面推进,越来越多的煤岩单元破坏,渗透率也不断增长,逐渐成为瓦斯等流体运移的主要通道。(3)模型能再现采动煤岩渗透率演化的动态过程,从而为煤与瓦斯共采、煤层瓦斯抽放和瓦斯灾害防治提供指导。; 张春会赵莺菲王来贵于永江; 关键词：围压体积应变

饱水度对砂岩模量及强度影响的三轴试验被引量：25: 2014年; 为研究饱水度和围压对砂岩力学特性的影响,在不同围压和饱水度下开展三轴试验,获得了不同饱水度和围压下巴里坤砂岩的模量、峰值强度和残余强度,分析了饱水度和围压对砂岩模量、峰值强度和残余强度的影响规律,结果表明:(1)围压增加,砂岩的模量也增加,围压与模量之间近似为直线关系;饱水度增加,砂岩模量降低,单轴下饱和砂岩的模量降低50.9%;饱水度与砂岩模量之间近似服从直线或负指数函数关系。(2)饱水度增加,峰值强度下降;单轴条件下饱和砂岩的峰值强度下降了44.2%;饱水度与砂岩峰值强度之间近似服从自然对数关系。(3)强度退化指数可以较好地描述围压对残余强度的影响,巴里坤砂岩的强度退化指数与围压之间近似符合负指数关系;随着饱水度增加,砂岩的残余强度降低。(4)随着围压增加,饱水度对砂岩模量、峰值强度和残余强度的影响都减弱。(5)饱水度在60%以下时,饱水度变化对模量和峰值强度的影响显著,当饱水度超过60%后,模量和峰值强度仍随着饱水度增加而降低,但变化速率趋缓;对于残余强度,则饱水度在80%以下时影响显著。; 张春会赵全胜; 关键词：模量三轴试验饱水度

深埋大断面黄土隧道围岩失稳试验研究被引量：11: 2013年; 以兰渝铁路黄土隧道工程为依托,采用室内模型试验研究深埋大断面黄土隧道失稳机理,结论表明:①首先边墙部位沿最小主应力方向形成楔形滑移体,然后围岩破坏向拱顶、拱底蔓延,较弱抗拉强度引发黄土拱部围岩松动塌落;②黄土隧道围岩失稳过程:局部裂隙产生→局部裂隙扩展→裂隙急剧贯通→残余强度四个阶段,拱顶围岩松动塌落是边墙剪切滑移破坏基础上出现的;③随着荷载的增大,拱部松动区径向应力先增大后减小,其他测点的径向应力随荷载的施加而增大;边墙处切向应力均随荷载增加而增大,距洞周越近切向应力值增长的幅度越大;④围岩深部存在切向应力升高区,此部分围岩承担着自重与外部土体荷载形成显著压力拱效应,自洞壁向围岩深部依次可分为:松动区→压力拱区→原岩应力区。; 梁小勇扈世民张春会; 关键词：黄土隧道深埋大断面失稳模式相似材料压力拱

液氮冷却煤变形-破坏-渗透率演化模型及数值分析被引量：19: 2015年; 如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程，将煤视作弹脆塑材料，其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段，结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则，建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程，将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段，即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化，进而影响单元渗透率；煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带，在剪切带内的流体流动服从平行板定律，给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式；煤岩单元拉破坏在单元体内形成“十”字型裂隙，在裂隙内的流动也服从平行板定律，给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度一变形一破坏一渗透率演化模型，并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明：1）煤受液氮冷却作用后发生体积收缩，越靠近钻孔温度梯度越大，收缩变形越大，温度拉应力越大，越容易破坏，形成拉破坏区。液氮注入冷却10d后的拉破坏区约0．65m宽。2）在拉破坏区，单元内形成了贯通的裂隙，单元体渗透率显著增长，液氮冷却10d的单元渗透率最大增长幅度可达1．97×10^5倍。3）远离钻孔区域，拉应力也使得煤的渗透率有所增加，增加幅度为19／6～14％，远小于破坏区。4）随着冷却时间增加，破坏区域扩大，但增�; 张春会王来贵赵全胜李伟龙; 关键词：地基基础工程液氮温度渗透率

考虑围压影响的岩石弹脆塑力学模型被引量：3: 2015年; 为模拟围压对岩石峰后强度、模量退化和剪胀的影响,将岩石的变形过程简化为线弹性变形、脆性跌落和理想塑性3个阶段,利用退化指数和扩容指数描述围压对岩石峰后强度、模量退化和剪胀的影响,建立了考虑围压影响的岩石弹脆塑力学模型。通过Hoek-Brown和Mohr-Column准则之间参数的转换关系,给出了模型峰后力学参数的确定方法。在FLAC软件下,利用Fish函数方法实现了建立的弹脆塑性力学模型。在数值算例中,利用本文模型分析了不同围压下岩石的峰后力学特性劣化和剪胀扩容特征,结果表明本文模型不仅能较好地模拟岩石峰前、峰后全程变形发展过程,而且能较好地考虑围压对岩石峰后力学特性的影响。; 张春会徐晓攀王锡朝赵全胜; 关键词：围压

基于随机有限元的条形基础地基承载力概率分析被引量：2: 2013年; 为分析岩土力学特性空间变异对条形基础地基承载力的影响,建立了基于蒙特-卡洛方法的随机有限元模型,并利用Matlab和ABAQUS软件予以实现。将模型应用于条形基础地基极限承载力分析中,将土体的弹性模量和黏聚力视作随机变量,变异系数为0.3,进行了250次蒙特-卡洛模拟,获得了相应的地基极限承载力,并进行了概率统计分析,结果表明:地基土体的空间变异性通常会使得地基的承载能力降低;对于90%可靠度,若按变异系数0.3考虑,其承载力比均质情况低5.4%。; 张春会徐晓攀赵全胜计长飞; 关键词：随机有限元 ABAQUS

考虑温度和滑脱效应的煤渗流应力耦合模型被引量：1: 2015年; 温度变化、滑脱效应、有效应力等对煤层变形和瓦斯流动耦合机制的影响规律是煤层瓦斯突出灾害防治、煤层气抽放设计等工程中的关键。从吉林华兴矿取原煤,粉碎后制备型煤试样,利用自行研制的三轴渗流应力温度耦合实验装置开展了三轴气渗流试验,研究了孔压、有效应力及温度对型煤渗透率的影响规律,结果表明:1)低孔压条件下,随着孔压增加煤样渗透率减小,当减小至某一临界值后,渗透率再随孔压增加而缓慢增长,即表现为所谓的滑脱效应。2)有效围压对煤的渗透率有很大影响,围压增加,煤样所受有效应力增大,煤样内的孔隙和裂隙空间被压缩,瓦斯的渗流通道变窄,渗透率降低。3)温度变化对煤的渗透率有显著影响,温度升高,煤的渗透率降低。这主要是由于温度升高使得煤样体积膨胀,由于周围的约束使得煤样内部出现温度压应力,煤的孔隙和裂隙空间被压缩,试样的渗透率降低。同时,温度升高使得甲烷气体黏性增强,加剧了煤的渗透率降低的趋势。温度变化对煤渗透率的影响近似服从线性关系。4)建立了考虑温度变化、有效应力及滑脱效应影响的煤渗透率演化方程。将煤视作弹性介质,结合有效应力原理和本文的煤渗透率演化方程,建立了考虑温度变化、滑脱效应影响的煤变形和瓦斯流动耦合数学模型,在Matlab软件下开发了相应的有限元程序。通过数值算例研究了温度变化和滑脱效应对煤变形和瓦斯流动的影响规律,结果表明:1)若不考虑温度变化和滑脱效应的影响,将偏于低估瓦斯流动能力,在煤变形和瓦斯流动耦合分析中应考虑温度变化和滑脱效应的影响。2)本文建立的模型能较好地考虑温度变化、滑脱效应和有效应力对煤层瓦斯流动的影响,从而为煤层瓦斯运移预测提供了一个新的思路。; 张春会赵莺菲郑晓明; 关键词：煤矿开采变温滑脱效应有效应力

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河北省自然科学基金(E2013208148)

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