摘要：岩体是由软弱结构层分割的各种尺度的岩块相互嵌套形成,具有复杂的层次结构,对岩体动力变形及应力波传播具有显著影响。针对具有复杂层次结构的块系岩体,基于Cosserat理论建立摆型波与旋转波的动力模型,确定层次结构对动力变形的影响。进一步,针对摆型波的低频、低速特征,基于Bloch定理确定并求解不同层次结构中波的频散方程,研究波的频散关系及速度特征。最后,基于固体能带理论揭示摆型波低频特性的力学机制,并基于研究结果讨论摆型波及旋转波诱发冲击地压的可能性。研究表明:忽略岩体高阶层次结构将低估岩体的位移及其整体变形,计算结果偏于不安全。长波扰动作用下,高阶层次结构中第一模态摆型波(对应声学支)频散现象不显著,其传播速度降低,岩体内部高阶层次结构阻碍波的传播;其他波(对应光学支)频散现象极其显著,几乎不能独立存在并传播;低频摆型波为波的主要形式,比高阶模态波及传统的P波、S波衰减速度更慢、传播距离更远。

摘要：深部岩体具有块系等级构造特性,在岩石动非线性力学行为中扮演重要角色。为探索深部岩体的动态力学特性,研制块系岩体动态特性测试系统。该系统主要由加载装置和量测系统组成,其中加载装置以激振器作为动力源,能够对由块体组成的结构体系施加水平静载、水平冲击和垂直冲击等多种形式的动静组合加载;量测系统由加速度传感器、电荷放大器、光纤位移计、动态信号测试分析系统组成。将试验系统应用于花岗岩块体模型一维动力冲击试验中,获得冲击振动条件下波传播的频谱、振幅特征。试验情况表明,该系统设计合理,操作方便,量测精度高,可用于研究块系岩体非线性岩石力学现象。

摘要：摆型波现象是深部岩体工程中的一种独特的岩体动力学现象,极易引发冲击地压等深部岩体工程灾害。针对深部块系岩体的非均匀性特征,基于岩体等级块系构造理论,利用改进的中心差分法,研究具有双模量特性的块系岩体摆型波的传播规律,分析模量比对摆型波传播规律的影响。研究表明:模量比对块体正向位移幅值影响不大,而对负向位移幅值具有较大影响;块体位移最大值在中前区衰减较慢,而在末端快速衰减,不同模量比的块体位移在末端有收敛的趋势;模量比对速度响应的振幅无明显影响,但能使速度响应周期增大;随模量比的减小,加速度响应出现摆型波的“成簇”现象,得到了试验现象的证明。最后,基于摆型波理论提出了预防冲击地压灾害的两点建议:①增强巷道围岩整体性;②改进传统巷道支护方式,考虑支护结构的抗冲击性能和抗疲劳性能;研究具有双模量特性的块系岩体摆型波对研究复杂的不均匀的深部岩体动力学性质、保证工程安全具有重要意义。

摘要：岩体是具有离散性、非均匀性特征的复杂地质体,在这种离散性、非均匀性岩体中会出现摆型波现象,极易引发深部岩体工程灾害。针对岩体的离散性、非均匀性特征,基于岩体等级块系构造理论,研究夹层物理性质非均匀分布对块系岩体摆型波传播规律的影响,分析同一区域夹层黏弹性特性变化对不同区域块体动力响应的影响,以及不同区域夹层黏弹性特性变化对同一块体动力响应的影响。研究发现:当局部软弱夹层弹性系数减小时,与该部分相连接的块体的动力响应受影响较大,出现加速度峰值增大的现象;局部软弱夹层黏弹性特性变化时,对该部位前后位置的块体动力响应的影响是不同的;夹层弹性或黏性发生变化的位置对摆型波传播具有重要影响,黏弹性变化位置越靠前,对块系岩体动力响应的影响越强烈。根据以上分析结果提出对深部岩体工程有指导作用的建议,也为进一步研究离散、非均匀的复杂深部岩体动力现象提供参考。

摘要：针对当前煤矿支护方面不能有效解决冲击地压防御这一工程难题,分析并指出煤矿支护形式、支护方法上存在的根本问题。基于深部非连续自平衡应力岩体介质的等级块系构造理论,建立一维非连续自应力块系上覆岩体与支护互馈作用的理论模型,研究在冲击扰动下岩体中摆型波传播时支护性质对支护端岩块动力响应影响上覆岩块动态响应受不同性质支护作用的影响。分析得到:对于刚性支护当支护为刚性时,支护端岩块动力响应的加速度幅值随支护刚度的增大而降低;当刚性支护中具有柔性阻尼耗能机制时,岩块动力响应时间会随阻尼系数的增加而缩短。由此推论:在煤矿支护中,利用刚性支护与柔性阻尼耗能机制相结合的方式可以增强围岩稳定性、增加支护–围岩系统抵抗冲击的能力,以防止冲击地压的严重显现。由此提出刚柔耦合快速吸能让位防冲支护设计理念,并对基于该理念研制的新式巷道防冲吸能液压支架进行简要介绍,对其中核心吸能构件进行初步分析,为进一步研制系列防冲支护设备,形成新式防冲支护技术与方法,改善当前煤矿防冲支护设计,形成新式防冲支护技术与方法,奠定一定的理论基础。

摘要：系统分析地下核试验诱发工程性地震场地效应实测数据,通过解析地下核封闭爆炸、浅埋爆炸和触地爆炸时距爆心不同区域的能量辐射特性,构建以特征能量因子定量表征各区变形特征的一致性方法,得到爆炸近区至中远区大尺度范围中,不可逆变形的特征能量因子阈值,发现其大小呈现等级跃减规律,首次构建地下核爆炸诱发工程性地震效应局部不可逆变形大小离爆心比例距离的理论计算方法,结合场地实测数据验证该方法的科学可靠性。在此基础上,通过深入研究爆炸激活岩块变形对深地下工程围岩稳定性影响,提出地下防护工程抗大当量钻地武器打击的安全埋深设计必须考虑诱发工程性地震效应,并给出了其计算方法。