师文豪
- 作品数：15 被引量：173H指数：10
- 供职机构：东北大学资源与土木工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划江苏省自然科学基金更多>>
- 相关领域：矿业工程建筑科学航空宇航科学技术天文地球更多>>
- 露天矿边坡岩体稳定性各向异性分析方法及工程应用被引量：21
- 2014年
- 露天矿边坡岩体通常含有大量IV、V级结构面,影响岩体稳定性。针对这种岩体特性,提出了系统的工程分析方法:首先,应用3GSM非接触测量系统对岩体出露结构面现场测试,统计结构面几何参数概率模型;进一步根据Monte Carlo方法生成裂隙网络,分别利用离散介质渗流方法和几何损伤理论,在分析REV尺寸效应基础上,计算岩体渗透张量和弹性张量,实现岩体参数表征;最后,基于等效连续介质模型,建立各向异性岩体渗流应力耦合模型,采用COMSOL有限元软件分析边坡岩体稳定性。应用该方法对抚顺西露天矿南帮进行了实例分析,计算结果与实际吻合较好。提出的露天矿边坡岩体稳定性分析方法能够考虑节理分布导致的岩体各向异性特征,简单合理,具有良好的工程应用前景。
- 师文豪杨天鸿王培涛胡高建朱新平肖平
- 关键词：节理岩体边坡稳定性各向异性渗流应力耦合
- 矿山岩体破坏突水非达西流模型及数值求解被引量：21
- 2016年
- 为模拟突水流体瞬态流动全过程并揭示突水流体流动机制,针对矿山岩体破坏突水过程中流体的高速非达西流特征和流场动力学统一性特征,基于流体质量守恒和压力平衡原理建立耦合Darcy方程、Forchheimer方程和Navier-Stokes方程的矿山岩体破坏突水非达西流模型,将含水层水源、破碎岩体突水通道和采场巷道出口整个水流路径有机联系在统一流动场中;并基于有限元弱形式和有限体积法耦合积分方程,提出有限元和有限体积法相结合的数值计算方法,应用FEPG有限元软件编译FORTRAN源程序,模拟突水瞬态流动全过程。通过算例对比达西和非达西流结果表明,对于矿山岩体破坏突水问题采用非达西流模型计算十分必要,破碎岩体作为导水通道沟通含水层和巷道的水力联系,导水通道内高速水流的惯性作用是含水层充足的补给水量沿破碎带进入巷道形成突水的主要原因。
- 师文豪杨天鸿刘洪磊杨斌杨鑫周永发
- 关键词：岩石力学破碎岩体非达西流有限体积法
- 西部典型矿区风积沙含水层突水溃沙的起动条件与运移特征被引量：12
- 2018年
- 突水溃沙是西部矿井地质灾害的主要类型之一,为研究突水溃沙灾害的临界判据与水沙运移特征,以榆横矿区含水层风积沙为例,采用自主研发的水沙两相高速渗流试验设备,对4种不同粒径范围的风积沙进行了沙粒起动试验和溃沙试验,对混合风积沙进行了水沙两相高速渗流试验。得到了影响突水溃沙的2个临界速度条件:第一临界速度即沙粒起动速度,为0.38~1.26 mm/s;第二临界速度即溃沙临界速度,为2.48~3.54 mm/s。试验结果表明:体积膨胀是沙粒群起动的必要条件,突水溃沙灾害是起动的风积沙由量变逐步积累到质变的物理过程,分为3个阶段:(1)水携沙流动,(2)水沙混合流动,(3)沙携水流动。沙粒起动是水动能转变为沙动能的过程,溃沙时水沙混合流体运动表现为颗粒群浓度波传播的特征,沙粒间通过碰撞的形式传递能量。溃沙速率随初始水力梯度的增大呈指数增长,单位时间内溃沙量随水力梯度的增大而呈线性增加。
- 杨鑫杨鑫徐曾和杨天鸿杨斌
- 关键词：临界流速
- 边坡层状岩体三维横观各向同性数值分析被引量：3
- 2013年
- 建立层状岩体的三维横观各向同性连续介质力学模型,把三维Hoffman强度准则引入到层状边坡稳定性分析中,模拟不同岩层倾角下三维边坡破坏模式。结果表明:岩层为水平分布,剪应力起主导作用,易发生以剪切为主的损伤破坏;岩层为竖直分布,主应力起主导作用,易发生以拉应力为主的倾倒破坏;当层状岩体的走向与坡面走向一致,岩层倾角在0°～90°变化时,岩体从剪应力为主的破坏到拉剪组合破坏再到以拉应力为主的破坏过渡。另外,顺倾岩层的边坡更容易发生剪切滑移型破坏,而反倾岩层的边坡整体不易发生剪切滑移破坏,多存在局部小范围损伤,整体相对较稳定。研究结果可为层状岩体边坡的设计、支护和监测提供借鉴意义。
- 师文豪杨天鸿王培涛于庆磊
- 关键词：层状岩体边坡横观各向同性数值模拟
- 含层理构造黑云变粒岩单轴压缩试验及数值模拟被引量：13
- 2015年
- 应用离散元的接触粘结模型,系统分析了节理单元的强度特性,研究了不同加载方向下节理岩体的强度、破坏模式,并与室内试验结果进行了对比验证.研究发现：对于倾角45°分布层状节理岩体,节理单元强度低于岩石基质强度的15%时,节理对整体力学性质产生显著影响,对比室内试验,节理强度为基质强度约2%~4%时可以有效地模拟节理岩体的力学行为;随着岩层倾角的增加,层状岩体单轴抗压强度逐渐减小到逐渐增大的变化过程,呈＂U形＂分布.研究结果可为颗粒流离散元方法研究节理岩体力学特性提供参考.
- 王培涛杨天鸿于庆磊师文豪
- 关键词：层状岩体各向异性破坏模式PFC2D数值模拟
- 基于非达西流模型的煤矿突水渗流机制数值模拟被引量：1
- 2017年
- 突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。以义安煤矿704工作面突水事故为例,采用非线性渗流模型模拟突水瞬态流动全过程,探讨突水过程中流速和压力的变化规律,揭示矿山突水全过程的流态转捩机制。研究表明:义安煤矿突水达到最大涌水量时,含水层的压力在0.2~0.3 MPa之间,突水实际上是一个降压加速的过程,含水层压力骤降是突水发生的前兆,且突水通道进出口压力和流速是动态变化的,3个流场有机地组成一个不可分割的整体。撑子面处突水流体涡旋是层流向紊流过渡的空间响应,表明矿山突水存在流态转捩过程。通过进一步研究发现突水通道的导水性能越强,发生突水灾害时危害越大。研究结果可为反演确定合理的工程渗流力学参数和突水通道的几何结构提供参考。
- 杨斌杨天鸿师文豪杨鑫
- 关键词：煤矿突水
- 中关铁矿工作面顶板突水机理及防治对策被引量：8
- 2016年
- 中关铁矿属于奥陶系石灰岩岩溶大水矿山,井建期间一直受到严重的水害威胁。根据中关铁矿-260 m中段掘进工作面顶板突水特征,以突水构造条件和地下水动态监测相结合的分析方法对突水机理进行了研究。结果表明:人工采动揭露使X1隐伏断层处于顶板变形张拉区,多次发生顶板垮塌,X1断层由阻水断层活化为导水断层,形成导水通道,沟通了与上覆奥陶系岩溶含水层的水力联系,引发突水事故。在此基础上,提出了-260 m井建工程中"有掘必探,先探后掘;以堵为主,疏堵结合"的顶板岩溶突水防治对策,实现了-260 m中段复杂岩溶条件下井建工程安全、高效的施工效果。
- 师文豪杨天鸿常宏王培涛夏冬
- 关键词：突水断层活化
- 连续开挖诱导断层活化顶板突水机制的模拟分析被引量：5
- 2017年
- 以中关铁矿采动断层突水为例,对连续开挖过程断层活化顶板突水进行有限元模拟,从力学角度研究断层带应力和损伤区迁移过程,分析断层活化机制.研究表明:连续开挖是造成断层损伤区产生、累积扩展到贯通的主要诱因;随着开挖推进断层带内剪应力集中区域沿断层从上到下逐渐向顶板转移,断层损伤区状态由压剪变为拉剪,并不断扩展;损伤区在断层揭露时完全贯通,形成导水通道并诱发突水灾害.因此,对于工作面前方的非导水断层,采用水平超前钻孔未必能查明断层活化导水情况,为确保安全,需补充斜向上钻孔,探查更高位置断层的导水性.
- 师文豪杨天鸿刘洪磊赵永川
- 关键词：开挖断层活化突水
- 渗流应力耦合作用下顺倾向层状边坡各向异性渗流特征数值模拟被引量：7
- 2021年
- 渗流场与应力场耦合作用下边坡渗流规律对研究边坡稳定性至关重要,应用基于等效连续介质模型和Louis经验公式建立的各向异性岩体渗流应力耦合模型,对顺倾向层状边坡的各向异性渗流规律进行了模拟分析。研究表明:顺倾向层状边坡中水位降深随结构面倾角θ的增大先升高、后降低,呈现两头低、中间高的形态,且越靠近溢出点,结构面倾角对水位降深影响越大;θ约为42°时水位降深最大,潜水面最低,同时渗透各向异性系数达到最大值;顺倾向边坡岩层产状一定时,随着埋深的增加,岩体渗透各向异性系数逐渐减小,裂隙控渗特征由显著到逐渐变弱,表现出向各向同性渗流过渡的趋势。
- 师文豪师文豪
- 关键词：层状边坡渗流渗流应力耦合数值模拟
- 高水力梯度条件下颗粒堆积型多孔介质渗流规律试验研究被引量：11
- 2018年
- 煤矿开采面临的水文地质条件越来越复杂,尤其是遭遇承压含水层的水压力越来越大,突水灾害发生时必然会带来高水力梯度引起的破碎岩体突水通道内高速非线性渗流问题。据此,研制高水力梯度(最大600)条件下堆积型多孔介质中高速非线性渗流试验装置,采用堆积型钢球模拟破碎岩体,对粒径为1、2、3、4、5、6mm共6种光滑钢球分别开展了一维均质圆柱渗流试验。试验结果表明:对于由1～6mm钢球堆积而成的孔隙率为0.44～0.45的多孔介质,当水力梯度大于145时,通过分析水力梯度-平均流速(J-v)曲线和水力梯度-雷诺数(J-Re)关系曲线,将流动状态划分为3个模式:线性层流、非线性层流、紊流,并获得了从线性层流过渡到非线性层流的临界流速为0.23～0.78 cm/s、临界水力梯度为3～8;从层流到紊流转捩的临界流速为1.6～4.8 cm/s、临界水力梯度为90～145。从小粒径多孔介质到大粒径多孔介质的渗流过程中,临界流速越来越大,而临界水力梯度逐渐减小。渗透率与粒径的平方、非达西流影响系数与粒径的倒数均呈线性正相关,非达西流影响系数随着渗透率的增加呈指数减小。该研究对多孔介质非线性渗流的理论研究以及实际工程中高承压含水层突涌水问题有重要借鉴意义。
- 杨斌杨斌徐曾和杨天鸿杨鑫
- 关键词：多孔介质颗粒粒径临界流速水力梯度非线性渗流
