《滲流-蠕變-損傷耦合作用下煤巖邊坡穩定性》總結了作者近年來在復雜條件下煤巖邊坡穩定性方面的研究成果,并結合國內外相關方面的研究成果,對滲流-蠕變-損傷耦合作用下煤巖邊坡穩定性理論、試驗、數值模擬展開具體工作。書中詳細介紹了滲流-蠕變-損傷耦合問題研究的發展水平,闡明了露天礦深大邊坡變形失穩演化過程,研制了滲流-蠕變-損傷耦合試驗平臺,完善了滲流-蠕變-損傷耦合理論,提出了滲流-蠕變-損傷耦合作用下煤巖邊坡穩定控制技術方案。研究成果為控制礦山地質災害的發生提供理論基礎。
《滲流-蠕變-損傷耦合作用下煤巖邊坡穩定性》可供礦山、巖土、力學、地質等專業的科研、設計和施工人員,以及高等院校相關專業的教師、研究生和本科生等參考。
煤巖(土)邊坡在滲流、蠕變、損傷等復雜因素耦合作用下的穩定性問題,已成為巖土及礦山領域的重大研究課題,其影響貫穿露天礦建設、生產乃至閉坑的整個過程。以往的研究多注重單一因素作用下煤巖邊坡結構穩定性問題,而關于深大煤巖邊坡受滲流-蠕變-損傷耦合作用下的變形演化規律研究尚處于起步階段,相關的系統研究尚未見到。
本書是作者近年來在充水深大煤巖邊坡滲流問題、蠕變問題和損傷問題方面的理論研究和工程實踐成果的總結和提升,涉及煤巖邊坡滲流-蠕變-損傷耦合作用的機理、試驗、理論、數值模擬、非線性分析、穩定控制等方面內容,特別在理論研究、試驗研究、非線性分析等方面進行了詳細敘述。通過建立煤巖邊坡在多因素作用下變形演化規律的耦合非線性系統模型,揭示地層結構的力學特性與時效特征,闡明露天礦深大邊坡變形失穩演化過程,可為控制礦山地質災害的發生提供理論基礎。通過研究滲流-蠕變-損傷耦合作用下煤巖邊坡的穩定性,探求其災害孕育、潛伏、爆發、持續、衰減的演化過程和控制支配作用,建立復雜煤巖邊坡災害發生的機制和穩定控制原理與技術,有利于預測、預報、評價、治理等問題的進一步研究,對煤巖力學、邊坡工程、露天開采學等學科的發展具有推動作用,從而實現露天礦的安全高效開采。
本書的撰寫和出版得到了煤炭科學技術研究院有限公司安全分院、煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤科總院)、煤科集團沈陽研究院有限公司、遼寧工程技術大學、遼寧大學的支持,并得到了國家自然科學基金項目(51274122,11202091,51404139)和煤炭聯合基金重點項目(U1361211)的資助,在此深表謝意;對在研究工作中給予筆者指導和幫助的王來貴教授、王建國研究員、李世海研究員、寧德義研究員、齊慶新研究員、樊少武研究員、李宏艷研究員、張立林碩士、呂祥鋒博士、王海洋高級工程師、宋志飛博士、于永江副教授、劉向峰教授、劉玉風碩士、楊志勇副研究員、王俊博士、李偉博士表示感謝。
本書在寫作過程中,參考了相關書籍和文獻。由于資料來源廣、頭緒眾多,可能難以一一予以注明和核查,請有關作者給予諒解,并致以誠摯的謝意。
由于作者水平所限,書中不足之處懇請廣大讀者批評指正。
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前言
第1章 緒論
1.1 基本概念
1.1.1 滲流
1.1.2 流變與蠕變
1.1.3 蠕變-滲流
1.1.4 損傷與蠕變損傷
1.1.5 滲流-蠕變-損傷
1.1.6 煤巖邊坡及其穩定性
1.2 滲流-蠕變-損傷耦合研究概況
1.2.1 煤巖邊坡穩定性研究的歷史發展
1.2.2 煤巖邊坡的滲流
1.2.3 煤巖邊坡的滲流損傷耦合
1.2.4 煤巖邊坡的滲流-蠕變耦合
1.2.5 煤巖邊坡的蠕變-損傷耦合
1.2.6 煤巖邊坡的滲流-蠕變-損傷耦合
1.2.7 滲流-蠕變-損傷耦合體系研究意義
第2章 煤巖體滲流-蠕變-損傷耦合試驗
2.1 煤蠕變-滲流耦合分析
2.1.1 煤蠕變-滲流耦合試驗系統
2.1.2 煤峰前蠕變-滲流耦合特征
2.1.3 煤峰后蠕變-滲流耦合規律
2.2 泥巖三軸蠕變特性
2.2.1 三軸蠕變試驗方法
2.2.2 泥巖蠕變效應分析
2.3 水對軟巖蠕變影響
2.3.1 軟巖蠕變測試過程
2.3.2 軟巖蠕變形態分析
2.3.3 蠕變模型及其參數確定
2.4 煤巖蠕變-滲流耦合規律
2.4.1 蠕變-滲流耦合試驗條件
2.4.2 耦合試驗數據統計分析
2.4.3 滲透率與圍壓擬合關系
2.4.4 蠕變與滲流耦合全過程滲透率演化規律
2.4.5 滲透率蠕變擬合方程表達
2.5 充水煤巖滲流-損傷機理
2.5.1 黏性土充水損傷規律
2.5.2 飽和黏性土孔隙水壓力消散特征
2.5.3 充水作用下煤巖體滲流損傷演化
2.5.4 煤巖充水損傷機理
第3章 煤巖體滲流-蠕變-損傷耦合理論
3.1 煤巖體裂隙的幾何特性
3.1.1 裂隙面產狀、規模與形態
3.1.2 裂隙面間距和密度
3.2 煤巖體水力特性
3.2.1 單裂隙煤巖水力特性
3.2.2 多裂隙煤巖水力特性
3.2.3 滲透系數與應力的關系
3.3 煤巖體邊坡充水機理
3.3.1 壓差式充水模型
3.3.2 自吸式充水機理
3.3.3 黃土增濕損傷機理
3.4 煤巖體損傷理論
3.4.1 損傷度
3.4.2 損傷度計算
3.5 滲流-應力共同作用下煤巖體損傷分析
3.5.1 煤巖體損傷的細觀力學分析
3.5.2 充水煤巖體損傷力學本構模型
3.6 裂隙煤巖體滲流-損傷耦合模型
3.6.1 壓剪型裂隙煤巖體
3.6.2 張開型裂隙煤巖體
3.7 煤巖蠕變非線性損傷模型
3.7.1 非線性蠕變模型
3.7.2 全程應力-應變曲線
3.7.3 參數線性化與穩定性分析
3.8 煤巖體滲流-蠕變損傷耦合理論
3.8.1 基本假設
3.8.2 蠕變-滲流耦合分析的平衡方程
3.8.3 蠕變-滲流耦合分析的連續性方程
第4章 煤巖體滲流-蠕變-損傷的數值研究
4.1 有限元法基本方程
4.1.1 基本原理
4.1.2 滲流分析基本方程
4.1.3 黏彈塑性分析基本方程
4.2 滲流-損傷耦合分析有限元程序設計
4.2.1 程序設計思路
4.2.2 有限元判據
4.3 蠕變-滲流耦合分析有限元程序設計
4.3.1 總體控制方程
4.3.2 有限元程序設計
第5章 煤巖邊坡滲流-蠕變-損傷的現場工程模擬
5.1 充水基底排土場邊坡滲流-損傷耦合機理數值模擬
5.1.1 工程背景
5.1.2 充水損傷過程數值模擬
5.1.3 充水損傷對排土場邊坡穩定性的影響
5.1.4 充水基底排土場邊坡拉張損傷破壞數值模擬
5.2 充水煤巖邊坡滲流-損傷耦合機理數值模擬
5.2.1 工程背景
5.2.2 充水煤巖邊坡開裂破壞機理數值模擬
5.2.3 充水煤巖邊坡水壓消散規律數值模擬
5.2.4 充水煤巖體邊坡滲流-損傷耦合計算
5.3 層狀煤巖邊坡蠕變破裂數值模擬
5.3.1 工程背景
5.3.2 工程地質特征
5.3.3 破壞致因分析
5.3.4 蠕變破裂模擬
5.4 層狀邊坡蠕變-滲流耦合作用數值模擬
5.4.1 水文地質概況
5.4.2 蠕變滲流耦合模擬
5.4.3 結果分析
第6章 煤巖邊坡滲流-蠕變-損傷的智能分析方法
6.1 基于人工神經網絡的非線性分析
6.1.1 基本原理
6.1.2 神經網絡的可用性研究
6.1.3 神經網絡預測滑坡位置
6.1.4 西幫治理方案預測
6.1.5 治理方案的模糊法推正
6.2 基于時間序列的非線性分析
6.2.1 現場監測數據及其回歸分析
6.2.2 時間序列分析
參考文獻
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