渗流作用下深部高温巷道围岩温度场分布规律

为探究渗流作用下深部高温巷道围岩温度场分布规律,以新城金矿为工程背景,运用Fluent软件模拟不同渗流因素下围岩温度场分布规律。结果显示:深部巷道围岩在渗流作用下温度场分布特征发生改变,等温线沿渗流方向分布;随着围岩孔隙率增大,温度场受扰动范围及调热圈半径不断增大,围岩径向温度和壁面温度随之降低;渗流水速度对围岩温度场分布特征影响较大,当渗流水速度≥2×10^(-8)m/s时,等温线沿渗流方向分布,渗流水速度<2×10^(-8)m/s时,等温线呈对称分布;随着渗流水速度增加,围岩温度场受扰动范围、调热圈半径、壁面温度升高,围岩径向温度随之降低;水流温度对围岩温度场分布特征、调热圈半径、温度场受扰动范围影响较小,围岩径向温度、壁面温度随水温升高而升高。

大采高综采工作面切顶留巷矸石帮变形控制技术研究

为解决厚煤层大采高综采工作面切顶留巷矸石帮围岩控制难题,首先利用理论分析建立了不同挡矸支护条件下矸石帮位移变化的力学公式,以此为基础提出矸石帮变形控制双策略,减弱矸石帮变形压力和增强矸石帮的抗变形能力;其次利用现场实验设计两种类别共4组挡矸支护方案,探讨不同支护方案的矸石帮控制效果,验证理论研究成果。结果表明:①增强矸石帮侧顶板支护强度,能减弱矸石帮变形压力;②增架卡兰个数、增加卡兰预紧力、增加卡兰个数、增强U型钢之间的摩擦力等能增加U型钢滑移初始滑移应力,增强矸石帮的抗变形能力;③挡矸支护控制效果为:2副卡兰+单体支柱<2副卡兰+单元支架<2副卡兰+单元支架+呛柱<3副卡兰+单元支架。该研究可为同类条件下切顶留巷矸石帮变形控制提供参考。

考虑湿度应力的深部软岩隧道大变形控制研究

为探明深部高地应力软岩隧道大变形产生机理,制定适应大变形控制措施,以月直山隧道为工程依托,首先明确求解围岩形变压力与松动压力的Kastner与Caquot公式,基于岩体弹塑性力学与连续介质理论建立围岩湿度应力解析解,采用收敛-约束法绘制出3种围岩应力作用下围岩与初期支护特征曲线,分析断面变形过程中围岩与支护结构相互作用规律及3种应力占比演化规律。分别以混凝土与型钢钢架作为二衬支护结构对月直山隧道围岩稳定性进行计算分析,明确考虑湿度应力与松动压力条件下隧道二衬最优支护时机与支护参数,以支护结构安全系数FS评判出最优支护方案并对隧道软岩大变形进行治理。结果表明:当围岩径向位移达到550 mm时,仅考虑形变压力Pi时围岩对支护结构的压力P仅为0.813 MPa,考虑湿度应力Pw与松动压力Pa时P增大为1.372 MPa,湿度应力与松动应力总占比达40.7%,仅考虑形变压力而设计的支护结构不满足围岩稳定性要求;根据“卸压支护”理念,确定以“位移释放峰值upeak=0.325 m”与“间距d=0.7 m”作为增设第二层钢架的最佳支护时机与支护参数,现场二次钢架设置24天后使围岩变形收敛于50.8 mm,围岩大变形得到控制,研究成果可为今后相关隧道工程设计与施工提供参考。

盐碱稻田中华绒螯蟹扣蟹养殖相关生物学变化的研究

土地盐碱化是制约灌溉农业可持续发展的主要威胁之一,不仅影响区域粮食产能,还对生态环境危害严重。我国是世界上土地面临盐碱化危害最为严重的国家之一,盐碱地分布广、面积大,且呈现不断扩张态势,形势极为严峻。而吉林省的盐碱地是世界三大苏打盐碱土分布区之一,其盐碱地主要分布在白城地区,占吉林省盐碱地总面积的65%以上。盐碱土壤具有有机质含量低,土质板结及pH高等特点。

网栏养鱼对东北碳酸盐型盐碱水改良效果的研究

盐碱地是一种特殊的国土资源,由于盐碱地水体的特殊理化指标,导致水体产量低、效益差,因此进行盐碱水改良,对于渔业生产有着重大意义。吉林省白城地区是碳酸钠I型水体,利用网栏养鱼方法对其进行盐碱水体改良,结果表明,应用网栏养殖可提高单位面积产量,培养水体浮游植物的数量,增加淤泥厚度,提高水库的初级生产力,在提质增效的同时,对碳酸盐型盐碱水体改良效果较好。

小净距隧道洞口抗震设防研究

为明确净距与岩体等级对隧道洞口段抗震设防长度的影响规律,以云南玉溪宝山高陡边坡段小净距隧道为工程依托,利用FLAC3D有限差分软件建立小净距隧道数值模型,根据室内力学试验确定模型参数,以校正后的汶川地震波作为震动荷载输入,针对震动荷载作用下隧道洞口段围岩稳定性进行分析,探明隧道围岩与支护结构在不同工况下的动力响应特征,进一步确定合理的隧道抗震设防长度。研究结果表明:同一净距条件下,围岩等级越高,衬砌结构位移及轴力、应力的响应值越小,反之亦然;宝山隧道最不利工况条件为Ⅴ级围岩、0.5B净距,在震动荷载作用条件下,隧道峰值位移最大值为62.5 cm,衬砌轴力最大值产生于左、右拱脚处,洞口段峰值达1320 kN,位移曲线下降率升高临界点最大值为78 m(6.0B),最终确定宝山隧道洞口合理设防长度为78 m。

基于状态信息的航空发动机运行可靠性评估

航空发动机是飞机的'心脏',其运行可靠性评估对保障飞行安全具有重要意义。受不同运行状况的影响,航空发动机退化程度和失效时间具有较大的离散性。针对单台航空发动机运行可靠性评估难以运用基于大样本统计的传统可靠性方法的问题,提出基于状态信息的航空发动机运行可靠性评估方法。该方法利用核主成分分析建立状态子空间,描述航空发动机状态性能的变化;计算正常状态与当前状态子空间基矢量的主夹角,利用映射函数将主夹角转化为运行可靠度。采用美国国家航空航天局提供的航空发动机全寿命仿真数据和某维修厂现场实测数据对所提出的方法进行验证,结果表明该方法能够合理地评估单台航空发动机的运行可靠性,为小样本条件下航空发动机运行可靠性评估提供有效手段。

膨胀土硬质地层振动载荷沉桩的挤土效应

为研究膨胀土硬质地层振动载荷沉桩的挤土效应,基于膨胀土剪切膨胀、遇水软化的力学特性,提出“水冲法”辅助沉桩关键技术,通过现场试验和有限元模拟,得到H型、O型钢板桩沉桩时桩周土体深层水平位移、深层土压力的变化规律。研究表明:桩周土体的深层水平位移、深层土压力均与土层性质、土层深度密切相关,膨胀土的剪胀作用能够显著增强沉桩的挤土效应。与未采取辅助措施相比,采取“水冲法”辅助措施后,桩周土体的深层水平位移、深层土压力的最大值均可减小50%以上。“水冲法”辅助措施可显著削弱沉桩对周边环境的不利影响,为组合钢板桩支护技术的设计与施工提供重要的技术支撑。

盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降的影响分析

为直观了解盾构隧道施工过程中壁后注浆压力对土体变形的影响,分析盾构隧道注浆压力大小对管片上浮的影响,保证在隧道施工过程中采用合理的注浆压力,控制地表变形量。采用FLAC3D软件对上海某越江隧道施工过程进行了数值模拟,分析注浆压力对管片上浮的影响。结果表明:在不同注浆压力及不同分布形式情况下,土体受扰动程度差异较大;当注浆浆液充填等待层后,随着注浆浆液逐渐硬化,盾构隧道管片会逐渐形成上浮趋势,上浮量与注浆压力有关,当注浆压力控制在0.2～0.3MPa时,地表变形量可以得到有效控制,所以施工中应该值得注意。同时也为今后的盾构隧道数值模拟与现场施工提供参考。

花岗岩峰后力学特性试验与模型研究

深部围岩在开挖卸载过程中表现出的峰后复杂力学特性一直是工程界十分关注的问题,深入研究岩石峰后力学行为对深部资源开采工程具有重要意义。以深部立井马头门工程为依托,通过室内试验方法研究花岗岩峰后力学特性,采用非线性拟合方法获得花岗岩峰后软化模量与围压的指数关系式,假定岩石的剪胀角为恒定值,基于塑性理论构建考虑围压及剪胀角影响的岩石峰后应变软化模型;以FLAC3D为平台开发数学模型并进行验证,通过构建马头门巷道数值模型,分析深部围岩在应变软化条件下的破坏特征规律。通过研究可知,花岗岩峰后破坏具有脆–延性转化趋势,在高围压条件下,岩石峰后表现出塑性软化破坏特征,岩石峰后软化模量随着围压的增大而减小;通过FLAC3D进行数值验证可知,构建的应变软化模型与试验数据基本吻合,所建立的应变软化模型具有较高的可靠性;通过数值模拟方法分析深部马头门巷道围岩破坏特征可知,巷道拱顶及拱脚等局部区域出现了塑性剪切应变,与现场巷道围岩破损位置及深度基本相同。

高应力软岩巷道围岩与支护结构相互作用分析

基于Mohr-Coulomb应变软化模型,将收敛-约束法应用于高应力软岩巷道围岩-支护相互作用分析中,构建典型支护结构特征曲线。以FLAC3D数值模拟软件为工具,分析应变软化模型、剪胀角及不同巷道断面类型对围岩-支护相互作用的影响,并对支护系统稳定性进行评价。研究结果表明:考虑应变软化行为的围岩所需支护压力与Mohr-Coulomb模型计算结果相差较大,剪胀角对围岩应力释放过程及围岩-支护相互作用影响较小,巷道不同断面形式及断面不同位置点围岩所需支护压力有一定差异性;初期支护系统的稳定性是围岩与支护系统最终稳定的关键,采用收敛-约束法评价高应力软岩巷道初期支护系统的稳定性,对高应力软岩巷道的支护结构设计及施工具有一定指导意义。

深部断层破碎带竖井围岩与支护系统稳定性分析

将收敛-约束法应用于煤矿竖井支护结构稳定性分析当中,通过现场勘察与数值模拟手段,采用Hoek-Brown准则计算得出竖井围岩特征曲线与纵剖面变形曲线,结合现场采用的支护结构参数,绘制出支护结构特征曲线,分析围岩-支护相互作用关系,揭示该竖井支护结构破坏机理。引入高强预应力锚索进行高阻让压的思想,通过建立三维数值模型计算出围岩-支护相互作用关系曲线,确定合理的围岩位移释放量,指导混凝土二次支护时机。研究结果表明:Hoek-Brown模型计算结果与现场实际情况相符,收敛-约束法能够直观地评价支护系统的稳定性,提出的设计方案在现场实际应用中取得了理想的效果。

基于Hoek-Brown强度准则的应变软化模型在隧道工程中的应用

基于Hoek-Brown强度准则及量化GSI围岩评级系统,分析岩体强度弱化行为,总结出确定岩体峰值及峰后强度参数的方法,提出应变软化模型的简化计算方法,并以FLAC3D数值模拟软件为工具,采用收敛-约束法对深埋大断面隧道支护结构及围岩稳定性进行分析,计算出支护结构安全系数。通过分析得出:随着围岩应力释放,岩体软化参数随之减小,岩体强度弱化行为突出;高地质强度GSI指标(GSI=75)的岩体虽然强度弱化程度较大,但围岩的变形量仍然较小,而低GSI指标(GSI=25)的岩体表现出了理想弹塑性行为;提出的简化Hoek-Brown应变软化模型适合应用于隧道中岩质相近区段围岩的研究;采用收敛-约束法对隧道支护结构的稳定性进行分析,可为隧道工程的初期支护优化设计及安全性评价提供参考。

深部软弱岩体峰后等效力学模型及数值计算研究

软弱岩体给深部开采工程中的巷道支护等带来一系列棘手的问题,深入研究深部软弱岩体峰后非线性破坏行为,对于保证深部巷道围岩的安全稳定性具有十分重要的意义。基于连续介质理论及量化GSI围岩评级系统,依据Hoek-Brown强度准则,通过理论分析并结合前人的研究成果详细论证了等效节理岩体应变软化模型在深部岩体力学理论上的科学性与可行性。采用程序语言在FLAC3D中编写等效节理岩体应变软化模型,分别采用常规弹塑性模型与应变软化模型对比分析深部围岩开挖面空间效应曲线;结合深部竖井支护工程设计及现场应用等进行了算例验证。得出结论如下:等效节理岩体应变软化模型所体现软弱岩体峰后强度参数衰减规律表明:岩体峰后行为受岩体质量等级和围压的影响较大,围岩在峰后卸载过程中软化参数并不是恒定值,而是随着围压的大小而变化;通过对深部软弱围岩开挖面空间约束效应曲线的计算可知,基于Mohr-Coulomb和Hoek-Brown强度准则的理想弹塑性模型计算结果基本一致,弹塑性模型与应变软化模型的计算结果相差较大,主要体现在中等地质指标范围;现场实际应用表明,等效节理岩体应变软化模型能够较为真实的反映深部软弱岩体的峰后力学行为,并在围岩地质强度指标与岩体连续介质理论之间建立联系,便于工程应用,并可为类似工程提供借鉴。

基于双因素时间函数的松散地层条件下地表点动态沉降预计

通过分析松散地层条件下地表点沉降规律和Knothe时间函数模型在预测松散地层条件下的不足,在原时间函数中增加了表达松散地层下沉的时间影响参数c_2,构成了双因素时间函数模型;理论分析结果表明,双因素时间函数模型具有收敛慢,对参数值变化适应性强的特点,但并不完全符合地表点动态下沉的全过程;为此结合双因素时间函数的特点对其进行改进,并在薄松散、厚松散和特厚松散地层3种不同条件下对改进后的双因素时间函数进行了验证计算。结果表明:改进后的双因素时间函数能较好的预测赋存不同厚度松散地层条件下地表点的动态沉降全过程。研究成果可为"三下"采煤提供参考。

基于收敛-约束法的隧道围岩安全性评价

以Hoek-Brown弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用FLAC3D数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道不同开挖方式下的围岩特征曲线,并对隧道围岩及支护结构稳定性进行评价。研究结果表明:采用Hoek-Brown弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数要低于应变软化模型所计算得到的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会导致支护材料费用的增加,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近工程实际;采用不同开挖形式所获得的隧道围岩安全系数并不相同,采用全断面法开挖所获得的安全系数要明显低于七步开挖法,采用收敛约束法计算隧道围岩稳定性更加直观。

大跨径公路交叉隧道施工安全性研究

为研究大跨径近接隧道交叉段施工安全性,基于围岩评级系统和地质探测方法,确定围岩力学参数,将量化指标参数转化为Hoek-Brown强度参数。采用FLAC3D软件计算下行隧道不同开挖方式对上行隧道的影响,并监测下行隧道围岩及上行隧道路面的变形特性。研究表明:采用围岩评级系统和地质预报相结合的方法获得的围岩地质参数,计算结果与现场实测结果吻合;通过对上行隧道公路路面沉降和下行隧道拱顶下沉、围岩压力的监测可知,采用7步开挖方法能够保证交叉隧道围岩的稳定性,监测数据均未超过支护结构的极限承载范围。

大断面隧道软弱围岩-支护系统稳定性分析

采用室内试验研究手段获得隧道围岩力学特性,以Mohr-Coulomb弹塑性模型及应变软化模型为基础,采用FLAC3D数值模拟软件,构建三维数值模型,计算深埋隧道围岩特征曲线及纵剖面变形曲线,并对隧道围岩及支护结构安全性进行评价。结果表明:采用弹塑性模型计算所得的隧道围岩安全系数低于应变软化模型所得的安全系数,表明采用弹塑性模型进行支护结构设计时,支护结构安全性较低,设计中可能会增加支护材料费用,而考虑应变软化条件下的围岩安全系数更加接近于工程实际;采用极限应变值或支护结构极限承载压力所获得的围岩—支护系统安全系数较为接近,说明两种方法的差异较小,均可用于隧道围岩支护结构优化设计,采用收敛—约束法计算隧道安全稳定性更加直观,对工程实际具有一定指导作用。

刀柱式采空区煤柱合理承载时间分析

为解决坚硬顶板工作面刀柱式采空区对上部煤层开采影响的问题,基于广义开尔文体描述煤柱的流变特性,建立煤柱-顶板系统力学模型,结合最小势能原理,得出采空区煤柱的有效承载时间计算公式,并依据公式对影响煤柱承载时间的影响因素进行了分析,最后结合工程实例进行验证。结果表明:采空区煤柱-顶板系统将随时间逐渐破坏至失稳;煤柱的有效承载时间与自身黏性系数成正线性关系、与瞬时弹性系数近似呈"抛物线"关系、与横截面积成正比例关系、与长期弹性系数、顶板刚度和煤柱高度近似呈负指数关系;建立的基于煤柱流变特性的采空区煤柱-顶板体系力学模型所推导出的煤柱有效承载时间计算公式具有一定的准确性。

花岗岩细观破裂特征及宏观尺度效应的颗粒流研究

基于颗粒流方法,提出可变半径比例Clump结构的构建方法,分析颗粒流细观参数及细观结构特征对模拟岩石试件拉、压特性的影响规律,构建适用于花岗岩力学特性的Clump颗粒流结构模型,验证可变半径比例Clump结构及细观力学参数的可靠性;构建不同尺度的深部洞室颗粒流模型,分析深部围岩宏观破裂的尺度效应。研究表明,Ball和Clump模型的拉压比对细观力学参数变化的敏感度小,可变半径比例Clump模型的力学特性对粒径尺寸及比例变化的敏感度大;对比分析花岗岩室内试验与数值模拟的拉、压强度曲线及破裂模式,基于可变粒径比例的Clump计算模型与试验结果基本吻合;采用小尺度颗粒模型的深部围岩宏观破裂区主要以局部区域破碎为主,随着颗粒模型尺度逐渐增大,围岩表现出明显的剪切滑移及板裂破坏特征,构建的深部围岩颗粒流模型具有明显的宏观破裂尺度效应。