高瓦斯礦煤巖力學(xué)性態(tài)及非線性失穩(wěn)機(jī)理

內(nèi)容概要

由李樹(shù)剛編著的《高瓦斯礦煤巖力學(xué)性態(tài)及非線性失穩(wěn)機(jī)理》以作者從事含瓦斯煤巖體微觀構(gòu)成、力學(xué)性質(zhì)、吸附／解吸特性、滲透特性方面的實(shí)驗(yàn)研究及含瓦斯煤巖體破裂失穩(wěn)的非線性理論研究工作為基礎(chǔ)，采用滲流穩(wěn)定性指數(shù)判定富含瓦斯煤體的滲流失穩(wěn)現(xiàn)象，給出了溫度、粒徑及激振作用對(duì)煤體吸附／解吸瓦斯性能的影響；采用多尺度力學(xué)方法，研究給出了富含瓦斯煤巖的宏觀破壞概率函數(shù)和跨尺度敏感性函數(shù)，并研究了采掘過(guò)程中損傷分?jǐn)?shù)、名義應(yīng)力、溫度以及瓦斯壓力等因數(shù)的變化對(duì)富含瓦斯煤巖損傷破裂的影響規(guī)律；將地下采掘工程中產(chǎn)生的層狀煤巖體視為薄板結(jié)構(gòu)，采用尖點(diǎn)突變理論，研究了薄板在面內(nèi)荷載和法向荷載共同作用下的穩(wěn)定性；考慮采掘過(guò)程中動(dòng)態(tài)荷載的影響，采用燕尾突變理論，研究了勢(shì)函數(shù)的不同形式對(duì)巖板動(dòng)力穩(wěn)定性的影響，并運(yùn)用突變級(jí)數(shù)法，分折評(píng)價(jià)了礦井發(fā)生煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。
《高瓦斯礦煤巖力學(xué)性態(tài)及非線性失穩(wěn)機(jī)理》可供力學(xué)、采礦、巖土及相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

序言
前言
第一章　緒論
　1.1　研究背景和意義
　1.2　研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
　　1.2.1　煤巖試驗(yàn)研究
　　1.2.2　煤巖動(dòng)力失穩(wěn)研究
　　1.2.3　非線性科學(xué)在煤巖動(dòng)力失穩(wěn)中應(yīng)用的研究
　1.3　本書的主要內(nèi)容
第二章　高瓦斯礦煤巖微結(jié)構(gòu)及其分形特征
　2.1　概述
　2.2　煤體中瓦斯的賦存規(guī)律及煤樣的微結(jié)構(gòu)特征
　　2.2.1　煤體中瓦斯的賦存分布及其對(duì)煤體力學(xué)性質(zhì)的影響
　　2.2.2　含瓦斯煤體微結(jié)構(gòu)特征
　2.3　含瓦斯煤體結(jié)構(gòu)的分形特征
　　2.3.1　含瓦斯煤體孔隙裂隙的分型特征
　　2.3.2　煤巖體固體骨架介質(zhì)類型
　　2.3.3　含瓦斯煤巖體碎裂后的塊度分形特征
第三章　高瓦斯礦煤樣強(qiáng)度和變形特征的試驗(yàn)研究
　3.1　概述
　3.2　煤樣單軸壓縮試驗(yàn)研究
　　3.2.1　單軸壓縮實(shí)驗(yàn)概況
　　3.2.2　煤樣單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果
　　3.2.3　煤樣單軸壓縮破壞特征
　3.3　煤樣三軸壓縮試驗(yàn)研究
　　3.3.1　煤樣三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果
　　3.3.2　煤樣強(qiáng)度準(zhǔn)則及其彈性模量的擬合
　　3.3.3　煤樣三軸壓縮破壞特征
第四章　高瓦斯礦煤樣全應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程滲透試驗(yàn)
　4.1　概述
　4.2　煤樣滲透特性試驗(yàn)的原理
　　4.2.1　瞬態(tài)滲透試驗(yàn)原理
　　4.2.2　煤巖試樣的采集加工及實(shí)驗(yàn)程序
　4.3　煤樣全應(yīng)力一應(yīng)變過(guò)程滲透試驗(yàn)結(jié)果分析
　　4.3.1　煤樣Darcy流滲透試驗(yàn)結(jié)果及分析
　　4.3.2　煤樣非Darcy流滲透試驗(yàn)結(jié)果及分析
第五章　高瓦斯礦煤吸附／解吸規(guī)律的試驗(yàn)研究
　5.1　概述
　5.2　Langmuir吸附常數(shù)與溫度及表面自由能之間關(guān)系
　　5.2.1　煤對(duì)瓦斯氣體的吸附與解吸
　　5.2.2　氣體分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析
　　5.2.3　Langmulr吸附常數(shù)n、6與溫度及表面自由能的關(guān)系
　5.3　溫度對(duì)煤體吸附瓦斯性能的影響
　　5.3.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)備
　　5.3.2　煤樣的制作及其工業(yè)特性
　　5.3.3　瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)及其等溫線
　　5.3.4　溫度與吸附常數(shù)a、b的關(guān)系
　5.4　粒徑大小對(duì)煤吸附瓦斯性能的影響
　　5.4.1　不同粒徑煤樣的吸附等溫線
　　5.4.2　煤吸附能、吸附位、比表面積及吸附量之間的關(guān)系
　　5.4.3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論
　5.5　瓦斯吸附／解吸激振試驗(yàn)
　　5.5.1　瓦斯吸附／解吸激振及測(cè)試系統(tǒng)研制
　　5.5.2　改造后設(shè)備的吸附常數(shù)計(jì)算
　　5.5.3　激振荷載對(duì)煤解吸瓦斯的影響
第六章　含瓦斯煤巖破裂災(zāi)變的多尺度預(yù)測(cè)
　6.1　概述
　6.2　煤巖微單元強(qiáng)度模型的建立
　　6.2.1　固體材料損傷和破壞的多尺度耦合問(wèn)題
　　6.2.2　煤巖的微單元強(qiáng)度模型
　　6.2.3　煤巖的強(qiáng)度分布特征
　6.3　煤巖的微單元受力模型
　　6.3.1　平均場(chǎng)模型
　　6.3.2　集團(tuán)分擔(dān)模型
　　6.3.3　鄰近單元加權(quán)分擔(dān)模型
　6.4　煤巖的宏觀破壞概率
　　6.4.1　煤巖跨尺度宏觀破壞概率函數(shù)
　　6.4.2　煤巖損傷破壞的跨尺度敏感性
　　6.4.3　溫度及瓦斯壓力對(duì)煤巖損傷破壞的影響
　6.5　煤與瓦斯突出的跨尺度力學(xué)條件
　　6.5.1　煤與瓦斯突出的力學(xué)條件
　　6.5.2　煤體的強(qiáng)度分布特征
　　6.5.3　煤與瓦斯突出的跨尺度力學(xué)條件
第七章　煤巖體采掘失穩(wěn)的突變機(jī)理
　7.1　概述
　7.2　煤巖體層狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生及其力學(xué)模型
　　7.2.1　煤巖體的層狀結(jié)構(gòu)
　　7.2.2　煤巖體的力學(xué)模型
　　7.2.3　煤巖薄板撓度的重三角級(jí)數(shù)表示　
　7.3　煤巖薄板穩(wěn)定性判定的尖點(diǎn)突變模型
　　7.3.1　突變理論的基本概念
　　7.3.2　尖點(diǎn)突變的數(shù)學(xué)描述
　　7.3.3　煤巖薄板系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)
　　7.3.4　煤巖薄板系統(tǒng)的突變理論模型
　　7.3.5　煤巖薄板系統(tǒng)突變失穩(wěn)的條件
　7.4　考慮動(dòng)態(tài)荷載煤巖板系統(tǒng)的燕尾突變模型
　　7.4.1　燕尾突變模型的數(shù)學(xué)描述
　　7.4.2　煤巖板系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)
　　7.4.3　動(dòng)荷載對(duì)煤巖板穩(wěn)定性的影響
第八章　突變級(jí)數(shù)法在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用
　8.1　概述
　8.2　突變級(jí)數(shù)法的基本思想及其突出預(yù)測(cè)指標(biāo)體系的建立
　　8.2.1　突變級(jí)數(shù)法評(píng)價(jià)的基本思想
　　8.2.2　煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)的指標(biāo)體系的建立
　8.3　突變級(jí)數(shù)法在礦井煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用
　　8.3.1　煤與瓦斯突出的樣本學(xué)習(xí)
　　8.3.2　突變級(jí)數(shù)法評(píng)價(jià)實(shí)例
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：2）多尺度耦合理論的應(yīng)用進(jìn)展多尺度耦合是非線性現(xiàn)象的一個(gè)重要特征，它包括不同尺度上物理過(guò)程的耦合和跨越多個(gè)尺度物理性質(zhì)的關(guān)聯(lián)。作為一種非連續(xù)介質(zhì)，煤巖是一種含有極其復(fù)雜和不規(guī)則原生孔隙和后生裂隙的固流兩相介質(zhì)。在開(kāi)采過(guò)程中，不同結(jié)構(gòu)特征、約束特點(diǎn)和地應(yīng)力賦存條件的富含瓦斯煤巖中所發(fā)生的巖爆、煤爆以及煤與瓦斯突出等失穩(wěn)破壞現(xiàn)象是因大量微損傷的積累并通過(guò)跨尺度的非線性串級(jí)發(fā)展而誘發(fā)宏觀災(zāi)變，均表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)外部條件微小改變引起系統(tǒng)狀態(tài)劇烈變化，對(duì)于這些非線性不連續(xù)現(xiàn)象，利用多尺度力學(xué)可以得到更切合實(shí)際的結(jié)果。美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)獎(jiǎng)獲得者芝加哥大學(xué)Kadanoff教授指出目前煤巖失穩(wěn)過(guò)程中耦合和跨尺度關(guān)聯(lián)研究有可能推動(dòng)力學(xué)走向自然科學(xué)與技術(shù)科學(xué)的新前沿。為了考察材料的失效、地震或雪崩動(dòng)力學(xué)等，人們開(kāi)始在物理動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展各種深入研究。這些過(guò)程涉及了從分子尺度到連續(xù)介質(zhì)尺度上不同物理機(jī)制的耦合和關(guān)聯(lián)。煤礦開(kāi)采中的煤巖體發(fā)生斷裂或“崩潰”這類突發(fā)性災(zāi)變現(xiàn)象，災(zāi)變前很難捕捉到明顯的前兆，宏觀上大體相同的系統(tǒng)其災(zāi)變行為可有顯著差異。這類復(fù)雜特征的根源在于多尺度耦合效應(yīng)。其破壞過(guò)程通常是一種跨尺度演化的過(guò)程，即由大量微損傷的積累并通過(guò)跨尺度的非線性串級(jí)發(fā)展而誘發(fā)宏觀災(zāi)變。整個(gè)過(guò)程中，微小尺度上的某些無(wú)序結(jié)構(gòu)的效應(yīng)可能被強(qiáng)烈放大，上升為顯著的大尺度效應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)的災(zāi)變行為產(chǎn)生重要影響。這使得不少學(xué)者開(kāi)始致力于多尺度耦合理論在地下開(kāi)采工程中的研究應(yīng)用。何俊等進(jìn)行了煤與瓦斯突出多尺度預(yù)測(cè)研究；肖福坤等通過(guò)建立煤與瓦斯突出的尖點(diǎn)突變模型，得出了瓦斯突出起動(dòng)的突變機(jī)制和條件；徐濤等通過(guò)數(shù)值模擬，再現(xiàn)了煤巖介質(zhì)在瓦斯壓力、地應(yīng)力和煤巖力學(xué)性質(zhì)等因素綜合作用下由裂紋萌生、擴(kuò)展、相互作用、貫通直至失穩(wěn)拋出的突出全過(guò)程，揭示了采動(dòng)影響下煤巖介質(zhì)漸進(jìn)破壞誘致突變的非線性本質(zhì)；李玉民等進(jìn)行了室內(nèi)多尺度煤巖動(dòng)力破壞規(guī)律實(shí)驗(yàn)觀察研究。這些研究為應(yīng)用多尺度耦合理論探討煤巖動(dòng)力失穩(wěn)問(wèn)題提供了思路和研究基礎(chǔ)。

編輯推薦

《高瓦斯礦煤巖力學(xué)性態(tài)及非線性失穩(wěn)機(jī)理》是由科學(xué)出版社出版的。

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