水-力耦合作用下层状复合岩石裂纹扩展及界面力学模型研究

基本信息
批准号:51664014
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:37.00
负责人:刘永胜
学科分类:
依托单位:华东交通大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵碧华,于洋,魏星,万云,黄德昌,吴云,吕少勇,李进
关键词:
力学模型奇异性力耦合层状复合岩石界面
结项摘要

Based on the safety accidents of coal mine occurred frequently in China, after analysis the cause, the project of the crack propagation rule and interface mechanical model in stratified composite rock under the water-stress coupling are put forward. Digital image correlation, acoustic emission technique and slice solidification technology are taken to study the rock mass(stone) developing process of stratified composite rock interface under the action of water-stress coupling, Calculated stress intensity factor, Exploring the singularity of interface stress, reveal the nature, the orientation and the type of layered rock interface layer, the crack extension path caused by the lithologic differences of the both interface layers, and the influence rule on spread effect of the crack arrest or the crack along the interface layer. The characterization parameters such as seepage rate, acoustic emission rate, energy dissipation, stiffness and so on, which represented the geometrical characteristics and the physical and mechanical characteristics of the interface layer are used to establish mechanics models of rock interface of water-stress coupling. The fracture expansion process of overlying stratified composite rock mass in coal seam mining process under the action water-force coupling is studied through the large geological mechanical model experiments, and the numerical simulation is carried out. The project reveals that the extension rule of layered composite rock interface under water-force the coupling action, puts forward the improvement measures, and provides a scientific basis for safety mining of coal or oil in the deep layer composite rock.

基于我国频繁发生的煤矿开采安全事故,经过对事故根本原因进行分析,本项目提出了关于水-力耦合作用下层状复合岩石的裂纹扩展及界面力学模型的研究。采用数字图像相关方法、声发射技术和固化切片技术,研究水-力耦合作用下层状复合岩石裂纹在岩体(石)中的扩展规律,计算应力学强度因子,探索界面应力奇异性,揭示水-力耦合作用下层状岩石界面层性状、界面类型以及界面层两侧岩性的差异对裂纹在岩石中扩展路径、止裂或裂纹沿界面层扩展效应的影响规律;根据界面特性,采用渗流速率、声发射计数、能量耗散、刚度等参数表征的界面几何及物理力学特性,建立水-力耦合效应的岩石界面力学模型;通过大型地质力学模型实验研究水-力耦合作用下煤层开采过程中上覆层状复合岩体的破裂扩张过程,并开展数值模拟。项目揭示水-力耦合作用下层状复合岩石的界面扩展规律,提出其改善措施,为煤炭或石油在深部层状复合岩体中的安全开采提供科学依据。

项目摘要

基于我国频频发生的深部地下工程安全事故,经过对事故根本原因分析,提出了关于水-力耦合作用下层状复合岩石的裂纹扩展规律及其力学模型的研究。利用青砂岩、红砂岩、白砂岩三种岩样粘结而成层状复合岩石,采用宏、细观方法,开展了水力耦合作用下层状复合岩力学性能实验,研究了层状复合岩石的界面裂纹扩展、承载能力、界面性状、破坏模式等力力学性能,揭示水-力耦合作用下层状岩石界面层两侧岩性的差异对裂纹在岩石中扩展路径、止裂或裂纹沿界面层扩展效应的影响规律;建立了水-力耦合效应的岩石界面力学模型;开展了数值模拟。项目揭示了水-力耦合作用下层装复合岩石的界面扩展规律,提出其改善措施,为煤炭或石油在深部层状复合岩体中的安全开采提供科学依据,为我国的国防、能源开采等事业发展提供参考。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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