摘要：自然崩落法是一种利用重力和深部围压使矿岩自然破裂、崩落的采矿方法,具有高效、低成本和适合大规模开采的特点。然而,由于开采过程复杂且难以控制,实施后开采方案难以更改,地下放矿过程中的堵塞现象成为技术难题。本文旨在通过数值仿真方法理解和控制崩落矿岩散体运动、碰撞、挤压、碎裂过程,研究自然崩落法放矿过程中的堵塞规律。本研究采用能量跟踪法(Energy Tracking Method, ETM)和Weibull分布的模式识别仿真法,研究了矿岩尺寸、矿岩排列方式、矿岩破裂对放矿口堵塞、放矿点提取效率以及矿层沉降的影响。ETM通过耦合解析解与数值解,确保崩落矿岩散体系统的能量守恒,提高了仿真精度和速度,避免了罚参数的选取问题。同时,Weibull分布的模式识别仿真法可以快速捕捉矿岩在碰撞和挤压过程中的破裂行为。仿真结果表明,岩块碎裂有利于降低放矿口堵塞风险和提高放矿点提取效率。三种不同的矿层模型在考虑破碎后,相比于不考虑的情形下提取了更多的矿屑,分别多提取了9.7 m^(3)、53.5 m^(3)和4.9 m^(3)。同时,岩块尺寸和排列方式对矿层沉降有显著影响。本研究验证了ETM与Weibull分布模式识别法在自然崩落矿岩仿真中的有效性,可为自然崩落法的放矿设计和优化提供技术支持。

摘要：首次采用能量跟踪法(energy tracking method, ETM)研究岩石破碎对边坡滚石运动轨迹的影响。能量跟踪法是在冲量法的基础上发展多点能量守恒算法,提高了计算精度。相比于传统罚函数法,冲量法的优点在于:无需试算确定罚参数取值,减少了模拟计算量;能量跟踪法是解析解和数值解耦合算法,极大提高了计算速度。与传统的序列冲量法和同步冲量法相比,由于能量跟踪法能够模拟碰撞过程中多接触点之间的能量传递,可有效地和准确地模拟数千个碰撞体之间的高频碰撞。运用Weibull分布的破裂模式识别仿真法模拟滚石在下落过程中的破裂过程,并用于预测滚石运动轨迹。结果表明,(1)ETM能够合理地模拟三维边坡滚石运动轨迹;(2)当考虑岩石破碎效应时滚石碎块运动轨迹较之未考虑破碎时发生明显改变,水平侧向位移显著增加,需扩大边坡设计防护范围。研究成果验证了ETM和破裂模式识别仿真法在模拟滚石运动过程中的有效性,为研究滚石灾害的影响范围提供了有效的模拟工具。

摘要：岩石材料的微观非均匀结构和微观力学特性是制约其宏观变形与破坏力学行为的关键因素。针对川藏铁路隧道板岩,采用原子力显微镜测试技术,结合粉晶X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析技术,获得了板岩纳米尺度下的矿物构像和微观结构,并揭示了微观尺度板岩矿物杨氏模量空间分布;进而采用混合高斯模型对160多万个试验数据进行反卷积分析,确定了高、中、低强度三相的平均杨氏模量和概率;最后基于Mori-Tanaka模型对板岩杨氏模量进行尺度升级,建立了板岩杨氏模量宏微观跨尺度表征方法。结果表明:(1)纳米尺度下板岩中嵌入的石英呈凸面多边形块体,伊利石薄片紧密、定向排列呈明显的层理性,而绿泥石作为基质松散地分布在孔隙中;(2)石英、伊利石、绿泥石和微观孔隙对原子力探针的黏附力依次递增,杨氏模量依次递减;(3)微观测试结果和图像分析表明,板岩孔隙度为16.61%、宏观杨氏模量为56.17 GPa。该方法适用于破碎、小尺度、任意形状岩石的力学参数精细测量分析,为通过饼化、破碎岩芯估算硬岩的宏观杨氏模量等力学参数提供了一种新的技术路线,具有较好的实用价值。

摘要：利用预布大规模随机裂隙生成网格技术,采用非线性弹塑性有限元法,对溪洛渡左岸地下厂房洞室群加固前后进行了模拟,获得了洞周围压变形特征、应力分布状态,给出了洞周不稳定块体的部位及破坏形式及支护结构中的内力变化情况,通过对比、分析,得出一些结论,为溪洛渡左岸地下厂房洞室群的支护设计提供了科学依据和技术指导。