山东边角料采用岩体打洞机械

内容简介本书结合矿山废石尾砂或赤泥三大金属矿山的固体废料源，重点阐述了矿山废石胶结充填尾砂胶结充填和赤泥胶结充填的应用及其充填体作用机理，特别是针对矿山废石尾砂或赤泥作为充填材料的特殊性和矿山充填的特点，系统地论述了这些矿山固体废料的自然特性，以这些固体废料作为充填材料的胶结强度理论及材料配合原理，高浓度充填料的结构流输送理论及其特性参数，废石胶结充填全尾砂胶结充填和赤泥胶结充填的充填料制备工艺与装备技术输送工艺与装备技术充填系统配置以及采场充填工艺与技术等。

在此基础上，通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质，给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型，给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法，该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形，而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性变形行为和水力传导度变化特征。

E-mail：csyfchen@whueducn··岩石力学与工程学报年裂隙岩体渗透特性的应力或弹性应变敏感性问题，引言也是渗透系数的变化均依赖于应力或弹性应变。由于裂隙及裂隙岩体渗透特性的变化在本质上受控于介质孔隙率或开度的变化(裂隙的变形)，因此上述模型难以全面反映裂隙及裂隙岩体的材料非线性行为，特别是难以准确描述裂隙出现剪胀后水力传导特性的巨大变化。为解决上述裂隙及裂隙岩体水力传导特性计算模型存在的问题，本文的研究工作包括如下两个方面：一是通过将单裂隙视为非关联理想弹塑性体，导出在压剪荷载作用下，单裂隙机械开度和水力传导度的应变敏感性解析模型，并采用现有的相关试验成果对解析模型进行验证；二是采用水?力特性等效的方法将单裂隙模型推广到三维裂隙网络，建立复杂加载条件下，裂隙岩体的渗透张量应变敏感性数值计算模型。近a来，因大型水电工程建设深层石油开采核废料安全处置和水库诱发地震等领域的建模需要，裂隙岩体水?力耦合分析(包括多场耦合分析)研究日益受到重视。由于基质较为坚硬，大部分变形发生在裂隙中，以法向变形和剪切变形的形式出现，并导致裂隙闭合张开萌生或扩展，进而改变岩体的组成结构和渗透特征。因此，裂隙在水?力耦合分析中具有主导的地位，其力学特性和渗透特性与赋存环境密切相关，应予以特别关注。

山东边角料采用

从宏观的角度研究岩体单裂隙水?力特性，其渗透系数k一般表征为正应力σ剪应力τ或弹性法向应变ε的函数～，k=f(σ，τ)或k=f(ε)。例如，CLouis根据钻孔压水试验数据，建立了渗透系数与正应力的负指数经验关系：k=ke?ασ应变敏感的单裂隙水力传导特性。在剪应力达到峰值τp之前，剪应力随剪切位移线性增大，二者的关系可用裂隙的初始剪切刚度等通过大量天然裂隙渗流试验，提出了裂隙渗透系数与三向主应力之间的经验关系式：k=kσ?ν(σ+σ)?p。刘才华等?α通过对粗糙裂隙和充填裂隙的渗流试验，给出了低应力低水头条件下裂隙受剪应力作用的渗流模型：k=k+(aσn+b)τ。类似地，用等效连续介质的方法研究裂隙岩体的渗透特性，其渗透张量K也一般表征为应力状态σ或弹性应变状态ε的函数K=f(ε)。当剪应力达到峰值τp之后，剪应力随剪切位移的增大以减速率下降，并逐步稳定到残余剪应力，呈现出应变软化特征。

但在本文的研究中，假定裂隙为非关联理想弹塑性体，剪应力达到峰值τp之后维持在峰值水平，相应的δ-τ关系曲线见图(a)。

试验结果表明，当剪应力接近峰值时，裂隙将开始出现剪胀，并随剪切位移的增大呈减速率增大，如图(b)所示。由此可见，裂隙在假定岩体中的裂隙无限延伸，根据裂隙的组数间距隙宽及产状要素，推导三维裂隙岩体的渗透张量；MOda周创兵和熊文林根据裂隙的发育特征，采用统计理论确定岩体的渗透张量；则基于渗流扩散能叠加原理给出了确定裂隙岩体渗透张量的数值模型。

以上个模型都是通过应力作用下裂隙开度的变化反映岩体渗流与应力的耦合特性，其在功能及形式上是完全等效的。根据非关联塑性流动法则，裂隙的峰后剪胀张开变形u可表示为u=∫tanψdδpδδ理想δ-τ曲线ks1o试验δ-τ曲线式中：ψ为裂隙的滑动剪胀角。研究结果表明，δδ(a)剪应力?剪切位移曲线滑动剪胀角ψ不仅受塑性参量控制，而且受法向应力和尺寸效应的影响。据此，本文采用如下负指数形式表示滑动剪胀角的演化方程，ψ=ψ(σn)e?r(δ?δ)o式中：r为剪胀角衰减系数，反映剪胀角随塑性剪δ(b)法向变形?剪切位移曲线切变形的演化过程(当r=，剪胀角保持常量；当r→∞，剪胀角迅速衰减为)；ψ为初始剪胀角或峰值剪胀角。

根据NBarton和SCBandis提出的节理峰值剪胀角估算公式，ψ可表示为′ψ=ωJRClg,JCS/σn,强度；ω为校正系数，可由剪切试验确定。图常法向应力作用下裂隙剪应力?剪切位移及法向变形?剪切位移关系曲线ShearstressandnormaldisplacementversussheardisplacementcurvesunderconstantnormalstressFig.式中：JRC为节理粗糙度系数；JCS为节理壁抗压由于JRC和JCS与尺寸效应相关，因此式通过ψ反映法向应力及尺寸效应对滑动剪胀效应，的影响。由于ψ≤ψ，，故tanψ可以很高且天然裂隙的ψ很少超过°截断到次项)的精度由如下多项式(以弧度为单位，逼近：峰后阶段的剪胀及水力传导特性的变化是伴随裂隙发生剪切塑性变形而出现的。

··岩石力学与工程学报峰值剪应力/MPa法向应力/MPay=x+R=.99986年′式中：b为裂隙在有效正应力σn和剪切位移δ作用下的机械开度；χ为量纲一的系数，反映初始开度为b的裂隙在压剪荷载作用下其开度的变化规律。ν研究结果表明，在峰后剪胀变形阶段，采用常系数ξ能够较为合理地反映天然裂隙的实际导水特性。这样，导出单一岩体裂隙的水力传导度解析′模型，该模型完全由有效法向应力σn剪切位移δ和裂隙的特征参数(b，ξ，kn，ks，?，c，JRC，法向位移/mmσn=MPaσn=MPaσn=MPaσn=2MPaJCS，ω和r)确定。该模型尽管在形式上是剪切位移的函数，但由于剪切位移可认为是某一应变量的累积值，因此本文将其归结为应变敏感性模型。通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性，该模型能够较为逼真地反映真实裂隙峰后的剪胀特性变形行为和水力传导度变化特征。该模型可与离散介质方法(如DEM，DDA法)和接触非线性有限元方法相结合，建立解析解和数值解的耦合计算方法。

对于不同的法向应力，低法向应力条件下水力传导度的拟合效果最差，因此图中仅给出σn=，MPa的数据曲线。试验采用的花岗岩裂隙试件的物理力学参数如下：b=.mm，JCS=MPa，JRC=；当法向应力分别为，，和2MPa时，ks分别为，.6，.7和7.7MPa/mm。解析模型涉及其他物理力学参数全部由试验数据采用最小二乘法反算得到：?=°c=MPa，拟合相关系数为，R=98，峰值剪应力?法向应力曲线如图所示；kn=MPa/mm，r=，ω=5，其中ψ的拟合相关系数R=958，ξ=×－，这意味着裂隙机械开度b和水力开度b的关系为b=第5卷第期陈益峰等应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究?445?然裂隙往往成组出现。因此，本文把岩体概化成水力传导度/(cm·s)包含一组或多组平行等间距等隙宽但产状各异的等效连续介质。设子域岩体包含n组产状试验值理论值Barton模型－各异的优势裂隙，每组裂隙相互平行，其特征用平均间距和平均隙宽(开度)描述。由于裂隙岩体在外载作用下的响应由裂隙和基质共同组成，因此可通过对裂隙和基质之间的相互作用引入假设，建立裂隙岩体的等效本构模型。为方便物理量之间的换算，本文在裂隙岩体上建立整体坐标系OXXX，并在每组优势裂隙上建立局部坐标系ofxfxfxf(f=剪切位移/mm(a)σn=MPa000.0水力传导度/(cm·s)－00.0，，n)，小写上标“f”为该物理量在ofxfxfxf0.0试验值理论值Barton模型剪切位移/mm(b)σn=MPa坐标系下度量，如图所示。

局部坐标系的建立要保证xf和xf轴在裂隙面内，而xf轴指向裂隙面法向方向，并满足右手法则。

图Fig水力传导度解析解(式)与耦合试验结果对比ComparisonofthehydraulicconductivityanalyticallypredictedbyEqwiththatcalculatedfromshearflowcouplingtestswithfinitedifferencemethod从图可知，解析模型可较好的预测实际裂隙在压剪荷载作用下水力传导特性的变化趋势。其偏差主要由如下两个原因造成：一是耦合试验给出的水力传导度是利用有限差分法计算得到的，而不是由立方定律直接给出；二是在解析模型中采用线性关系描述裂隙机械开度b和水力开度b之间的关系，ξ取为常数。一般情况下，Barton经验公式计算的水力传导度比试验结果大得多，许多情况下，前者甚至比后者大一个数量级(见图)。在整体坐标系中，这个条件示为，裂隙岩体等效弹塑性本构模型受地质作用模式和形成历史影响，岩体中的天可更严格地表··岩石力学与工程学报年dσ′=dσ′R=dσ′FRF基质的初始剪胀角ψ可表示为式中：dσ′，dσ′和dσ′分别为裂隙岩体基质和第f组裂隙的有效应力增量。规定以拉应力为正，则根据修正的有效应力原理，有ψ=?σc??lg???σ+.?+lgσc???Rσ′=σ+αpδα≤)，δ为KroneckerDelta张量。由于基质内摩擦角?R可与围压和尺寸效应相关，因此式和建立了基质滑动剪胀特性与材料塑性围压以及尺寸效应的依赖关系。

利用等效本构关系，从岩体中分离裂隙的应变增量，在本文的研究中起到重要的作用，山东边角料采用岩体打洞机械使本文能够建立考虑滑动剪胀特性的裂隙岩体渗透特性的应变敏感模型。应变敏感的裂隙岩体渗透张量考虑一个受n组裂隙切割的岩体子域，各组裂隙平均初始开度和间距分别为bf和sf(f=，，，使将初始K值假定为各向同性，但在荷载作用下，裂隙的产状和力学效应可能使K产生高度各向异性。在有限元程序实现时，每个地质子域或每个单元都可关联一个不同的K，只要该子域或单元中的kf，bf和sf已知。

将各组裂隙的渗透特性等效到岩体中，则第f组裂隙的初始等效渗透系数kf，在本文给出的等效模型中，?εzf在各子域中是个场量，因而与之具有依赖关系的渗透张量K也呈现出场量特征。需要指出的是，在水?力耦合条件下，力学场的扰动变化通过式改变岩体的渗透特性，而岩体渗透特性的变化又通过渗透荷载改变岩体力学场的状态及行为。可表示为kf=ξgbfνsf由于在加载过程中裂隙间距sf的变化可忽略不计，则在荷载作用下第f组裂隙的渗透系数改变为kf=ξgbfνsf=ξg(bf+?bf)νsf(9)数值算例上述裂隙岩体的等效弹塑性本构模型应变敏式中：?bf，kf分别为第f组裂隙在荷载作用下的开度增量和等效渗透系数。根据节推导的等效本构模型，则在局部范围内下式近似成立：?bf=sf?εzf感的渗透张量计算模型及迭代求解算法已经集成到自主开发的三维有限元计算软件EPSCAD中，其核心代码用Fortran语言编写，作为动态链接库供可视化界面调用，并提供多种商业有限元分析软件的前后处理接口。含正交裂隙坝基岩体的渗透特性本文首先研究含两组正交裂隙的坝基岩体在坝式中：?εzf为第f组裂隙的法向应变增量，由式积分得到。

将式代入式得??skf=kf?+f?εzf??bf???利用DTSnow43体自重库水作用及超载条件下(增大库水容重，(4)用超载系数γ表征)其渗透特性的变化规律，其主要目的是考察复杂加载对裂隙岩体峰后力学特性和渗透特性的影响，而这种影响显然不可能通过有关研究5～7给出的方法，含n组裂隙岩体的应变敏感等效渗透张量K可表示为K=∑kf(δ?nf?nf)f中介绍的弹性模型加以表征。计算模型如图所示，其中坝基岩体含两组正交裂隙，一组倾向上游，另一组倾向下游，倾角均为°。坝基岩体初始应力场采用自重应力场模拟，在初始应力场条件下，每组裂隙的间距s均设为式中：nf为第f组裂隙的单位法向量。

有限元计算在横河向取单位宽度进行分析，计算网格如图(b)所示，共划分八节点六面体等参单元个，节点K的变化依赖于应变，而不是应力，因此K中包含峰后剪胀特性对渗透特性的影响。

?εzf对K的影响除三次方关系外，山东边角料采用岩体打洞机械还得到sf/bf的放大作用，因而K可能对bf和sf相当敏个。

在力学场分析时，计算模型分别在z向底面x向左右边界面和横河向前后边界面施加法向··岩石力学与工程学报年(分别见图(a)中的A，B，C点)的主渗透系数变化规律如图所示；裂隙剪胀角随超载系数变化过程如图所示；超载系数γ=时坝基岩体等效主渗透系数矢量图如图所示。需要指出的是，图给出的大主渗透系数(kA，kB，kC)方向倾向上游，其倾角°，而小主渗透系数(kA，kB，kC)方向则倾向下游，倾角亦为°，二者的产状分别对应于两组优势裂隙的产状。假设基质不透水，根据表中的计算参数和式，坝基岩体在初始地应力场条件下其xoz平面内的渗透特性是各向同性的，等效渗透系数kx=kz=6.×－cm/s。图，同时表明，坝基岩体渗透特性的变化与裂隙滑动剪胀角的演化具有良好的一致性，与初始渗透特性相比，岩体破坏时其渗透特性增幅可达～个数量级。从图，山东边角料采用岩体打洞机械还可看出，坝踵附近岩体因受拉剪荷载作用，其渗透特性变化最为强烈，而坝中及坝趾附近岩体渗透特性的变化则较为平缓。

相关文章

• 山东边角料采用西蒙西斯鄂式碎石机型号
  洗砂机推荐指数★★★★★洗砂机工作时，电机通过三角带减速机齿轮减速后带动叶轮缓慢转动，砂石有给料槽进入洗槽中，在叶轮的...
• 山东边角料采用徐州对辊式鄂式碎石机
  山东边角料采用氧化铁黄生产设备价格是多少@鄂式破碎机厂家204--90849作者重工山东边角料采用氧化铁黄生产设备价格...
• 山东边角料采用玄武岩制造机
  鄂式移动站推荐指数★★★★★采用鄂式破碎机做为破碎主机的一体化整套机组，机组设备安装概念，是一体化成组作业方式，消除了...
• 山东边角料采用小型打砂机设备
  目前，我国城市普遍面临着土地资源人口环境四个“难以为继”，建筑垃圾等固体废弃物加剧了土地资源的紧张局面，已经严重影响到...
• 山东边角料采用氧化铁红成套设备报价
  CS圆锥破碎机推荐指数★★★★★CS圆锥破碎机应用于建筑碎石机制砂生产流程中，特别是破碎玄武岩等坚硬物料时，不仅效率高...