不同降雨类型循环下二元边坡渗流场及稳定性分析

为研究不同降雨条件对二元边坡的影响,以福建某公路边坡为例,基于饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-Studio软件,模拟不同类型降雨对二元边坡渗流场和稳定性的影响,探讨不同降雨类型循环条件下二元边坡的渗流场和安全系数的变化规律。结果表明,降雨引起的孔隙水压力变化在边坡表层土体和内部岩层之间存在显著差异,土-岩接触面存在潜在滑动面;总降雨量相同时,表层土体孔隙水压力变化曲线呈现不同变化规律,前期型呈上凸型,中期型、均匀型都呈直线型,后期型呈下凹型;下部岩层坡顶、坡面处孔隙水压力变化曲线在降雨周期前期不变,在后期突然增大升至饱和状态,坡脚处岩层的孔隙水压力变化趋势与表层土体一致;安全系数变化与降雨时间分布一致,并具有明显的滞后性;降雨最不利时,潜在滑动面由边坡内部上移到土-岩接触面处及内部岩层接触面处。

隧道围岩最大可移动块体求解及其应用

由于结构面的隐蔽性,目前的勘察技术无法精确获取每条结构面的定位及力学参数,仅能根据出露情况获取产状信息。而结构面的定位是求解块体的关键因素,因此有必要考虑不同定位情况下结构面与开挖面的所有组合,并找到最不利情况,为工程开挖提供预测及评价。在构建节理锥的基础上,提出了一种投影平移法,实现了任意柱状开挖面上最大可移动区域的求解。在此基础上,采用离散-切割-组合方法重构了曲面块体。首先,设置一组放射状虚拟结构面对锥形块体进行切割,完成块体的单元离散;其次,在面单元分类的基础上提出了曲面切割单元的详细算法。最后对切割后的单元进行分类组合,实现了曲面块体的重构。基于VC++和OpenGL开发了三维可视化程序,通过算例和工程实例验证了算法的精度、适用性及鲁棒性。最大可移动块体程序可用于隧道走向的选择,为工程设计提供依据。

热活化锂渣复合水泥基凝胶材料配比优化

为提高热活化锂渣复合水泥基凝胶材料工程性能,实现锂渣高效资源化利用,基于室内单因素试验,采用响应面法分析了热活化锂渣掺量、水玻璃掺量、水固比、水玻璃模数和水玻璃波美度对流动度、凝胶时间、析水率及3 d、28 d抗压强度的影响,确定最优配比,并验证该配比下材料的工程效果。结果表明,在热活化锂渣掺量7.32%、水玻璃掺量8.81%、水固质量比0.6∶1、减水剂0.4%的条件下,制备的热活化锂渣复合水泥基凝胶材料流动度为235.69 mm,凝胶时间为73.54 s,析水率为1.123%,3 d、28 d抗压强度分别为11.54 MPa、22.9 MPa。与传统水泥基凝胶材料性能相比,其工程性能和抗硫酸盐侵蚀性均表现更优。

硬岩顶板切顶留巷围岩变形分区补强控制研究

【目的】森达源煤矿传统的宽煤柱开采方式导致采掘接续紧张,并引发严重的围岩变形问题。切顶留巷技术可优化巷道支护条件,提高采煤效率,促进煤矿高效安全生产。【方法】以1号煤层的10101工作面为研究对象,运用FLAC 3D数值模拟软件,深入探究了切顶高度、切顶角度、注浆加固深度对巷道掘进、预裂切顶和切顶留巷过程中煤帮内部、采空区及顶板应力变形特性的影响。确定出最佳切顶留巷方案。在此基础上,进一步模拟分析工作面前后不同区域的围岩受力变形情况。提出回采工作面前方0~30 m内为超前补强区,采取“高预应力锚索+单体配合铰接顶梁”的联合支护。后方0~100 m内为滞后补强区,采用“工字钢+单体支柱”联合支护,同时对矸石帮实施注浆加固。通过工程应用验证了区分补强控制变形措施的有效性。【结果】结果显示:最佳切顶留巷方案为切顶高度6 m,切顶角度15°,矸石帮注浆深度1 m。此方案下,10101工作面的巷道顶底板的最终变形量为155 mm,两帮的为84 mm,均符合矿井使用要求,验证了切顶留巷技术具有良好效果。【结论】结果表明:切顶留巷技术能有效解决传统宽煤柱开采方式中存在的围岩变形问题。然而,该技术的实施受切顶高度、切顶角度和矸石帮注浆深度等因素的影响较大,需结合数值模拟和现场状况进行具体确定。总体上,切顶留巷技术和分区补强控制措施对围岩变形的控制效果显著,为类似条件下的煤矿开采提供了宝贵的经验借鉴,因而具有广阔的应用前景。

基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

我国地下空间工程专业教学改革现状与趋势研究——基于2013—2023年的文献计量分析

文章以中国知网(CNKI)收录的地下空间工程专业教学改革相关的中文文献作为数据来源,运用Cite Space 6.1.R2软件,研究了2013—2023年我国地下空间工程专业教学改革现状与趋势,具体包括年发文量分析、关键词分析、发文机构分析、研究主题分析、研究关注点分析、热点演变分析、研究前沿分析,最后进行了总结。

温压耦合作用下锚固界面变形失效机理

深部地层高地温、高地应力环境使巷道围岩树脂锚固支护结构稳定性降低,围岩变形有效控制问题亟待解决。因此,研究温度与压力耦合作用下锚杆杆体-树脂锚固剂界面变形破坏机理十分必要。首先,根据两淮矿区深部支护工程现状并结合室内不同温度环境下拉拔试验结果,发现高地温环境下树脂锚固体变形破坏加剧;进一步分析锚固体受拉拔荷载作用轴向、径向破坏模式,将第一锚固界面破坏分为弹性围岩-剪切-滑移型、未贯穿-剪胀滑移破坏及贯穿-剪胀滑移破坏等3种模式。其次,基于弹塑力学分析受围岩应力作用锚固界面不同破坏类型的界面受力状态,考虑高温环境下树脂锚固剂层力学强度弱化,建立温度-围岩应力耦合作用的第一界面失效破坏力学计算模型;分析围岩应力、环境温度及弹性模量比等因素变化对第一界面锚固性能影响的规律,发现第一界面极限轴向荷载随温度升高而降低,围岩处于裂隙发育或裂隙贯穿状态时,围岩应力对第一锚固界面剪切破坏影响程度较未产生裂隙时大幅度增高。最后,结合室内拉拔试验数据对比验证所推导计算方程式的合理性。研究可为深部巷道围岩稳定性控制及锚固支护参数设计提供理论依据。

采动应力作用巷道交岔点稳定性分析及支护优化

深部软岩巷道交岔点稳定性控制是地下开采的难题,采区内巷道交岔点受采动应力作用更易发生变形破坏。针对该问题,依托805工作面下伏西二回风巷道交岔点工程背景进行研究,建立考虑工作面采动集中应力影响的巷道交岔点垂直应力计算式,采用数值计算方法分析不同采动应力集中系数、不同交岔角度下交岔点围岩应力及塑性区分布规律。得知随着采动应力集中系数增大,交岔点岩柱应力集中现象加剧、围岩塑性区发育范围增大、交岔点变形破坏加剧。基于上述分析,提出以全长预应力锚杆+锚索+围岩注浆的综合化主动支护方法。结合矿压监测,优化后支护效果良好。研究结果为类似采动应力影响下的巷道交岔点围岩稳定性控制提供技术参考。

深部开采环境下底板隔水关键层深梁力学分析

【目的】随着矿井开采深度增加,来自高承压岩溶水威胁增大,导致煤层工作面出现涌水、突水等水害现象,分析深部开采环境下煤层底板隔水关键层抵抗水压力强度是解决这一现象的重要内容之一。【方法】为解决此问题,将隔水底板简化为岩梁模型,并运用深梁理论解决深部开采突水预测中的岩梁模型问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,根据深梁弯曲力学特点,结合前人研究成果,将深梁条分成浅梁,通过弹性力学单根浅梁受力分布形式假定层间挤压应力σy为三次函数,给出深梁弯曲应力求解的条分技术,并将计算结果与弹性力学解、FLAC3D模拟结果进行对比。【结果和结论】结果表明,深梁条分解得到的应力及位移与数值解结果趋势更为接近,计算结果更为精确,相对误差均在10%以内,同时,随着条分层数增加,精度也增加,但提高幅度逐渐降低,因此,工程应用中针对深部岩梁模型条分到一定程度即可;随着高跨比不断增加,精度误差也在增加,说明条分层宽度不宜过大,否则造成误差增加;底板隔水关键层实例表明,当隔水关键层高跨比大于0.2时,为典型的深梁问题,常规弹性力学的最大拉应力求解结果误差较大,相对误差达到40.6%,给正确判定关键层突水危险性带来不利影响,此时采用深梁条分法求解应力精度较高,可为深部煤层底板突水预测研究起到重要的指导作用。

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明,围岩-支护结构体系协同变形方程能很好地反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。支护强度为0.75 MPa时,理论计算拱顶沉降为18.9 mm,数值模拟拱顶沉降为21.6 mm;支护强度为1.5 MPa时,理论计算拱顶沉降为11.2 mm,数值模拟拱顶沉降为11.1 mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和交叉中隔壁法(cross diaphragm,CRD)施工时,建议支护强度设计为0.75~1.5 MPa,支护刚度设计为59.8~375.0 kN/mm。

甲苯磺酸瑞马唑仑联合小剂量丙泊酚麻醉诱导对老年LC患者应激反应的影响

目的探讨甲苯磺酸瑞马唑仑联合小剂量丙泊酚麻醉诱导对老年腹腔镜胆囊切除术(LC)患者应激反应的影响。方法选取行LC老年患者103例,随机分为对照组(51例,常规剂量丙泊酚)和观察组(52例,甲苯磺酸瑞马唑仑+小剂量丙泊酚)。比较两组麻醉效果及不同时间点血气指标[pH、动脉血CO_(2)分压(PaCO_(2))、动脉血氧分压(PaO_(2))]、应激水平[血浆皮质醇(PC)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、C反应蛋白(CRP)]及不良事件发生情况。结果观察组诱导起效时间慢于对照组(P<0.05),两组唤醒时间、离室时间及不同时间点血气指标比较,差异无显著性(P>0.05)。手术结束时,观察组PC、TNF-α、CRP水平低于对照组(P<0.05)。观察组低血压、心动过缓、低氧血症及注射痛发生率明显低于对照组(P<0.05)。结论甲苯磺酸瑞马唑仑联合小剂量丙泊酚用于老年LC患者麻醉效果良好,可有效稳定其血气指标,抑制应激反应,且安全性优于丙泊酚单独使用。

基本顶断裂位置对窄煤柱护巷的影响及应用

针对天煜能源恒昇煤业埋深浅、煤层厚、顶板坚硬地质情况,留设煤柱过宽,则浪费煤炭资源;留设过窄,则采动必定会破坏或损伤煤柱,导致相邻采区采空区和本采区采空区遗煤漏风氧化自燃的问题。在基本顶断裂位置围岩结构力学模型的基础上,分析了基本顶断裂线位置与关键块回转角和煤柱上覆载荷之间的关系,理论计算了煤柱宽度和基本顶断裂位置,研究得到:综放工作面留设窄煤柱时,必须考虑基本顶断裂线的位置,避免巷道于基本顶断裂位置下方掘进;基本顶断裂位置为3~5 m,护巷煤柱宽度最小为4.6~6.3 m,基本顶断裂线位置正处于所留煤柱上方,煤柱此时承受的压力较大,考虑该煤层为易燃煤层,因此需增加煤柱的承载面积,最终确定该矿9205机巷护巷煤柱的合理宽度为8 m,并提出了相应的锚网索支护方案。工业性试验表明,该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,采用的支护方案有效减小了巷道变形,增强了窄煤柱稳定性。

深埋特厚煤层大采高综放工作面覆岩运动规律及支架选型研究

大采高综放开采技术是特厚煤层开采的发展方向之一,而液压支架的选型是实现工作面安全高效生产的关键。针对龙固矿2301大采高综放工作面地质及生产技术条件,通过相似模拟,获得了工作面上覆岩层运动规律,在此基础上结合FLAC3D数值模拟和理论分析,确定了工作面支架的支护强度为1.46MPa及支护阻力为15000kN,并选取工作面支架型号为ZF15000-23/43正四连杆低位放顶煤液压支架。通过现场实测分析了工作面支架工作阻力的分布规律,应用表明ZF15000-23/43支架处于较好的位态,对2301综放工作面具有较好的适应性。研究成果对类似条件下液压支架的选型提供参考依据。

温度对煤系泥岩力学特征影响的试验研究

利用RMT-150B岩石力学试验系统和GD-65/150高低温环境箱,对经历不同温度后煤系泥岩的力学特性进行试验研究,分析不同温度下煤系泥岩的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、变形模量以及泊松比受温度的影响。研究结果表明,不同温度下泥岩的力学特性有差异。随温度的升高,其峰值应力、峰值应变有不同程度的降低,其峰值应力从25℃时的9.153 MPa下降到55℃时的8.271 MPa,降幅为9.6%;峰值应变从25℃时的11.002×10-3下降到55℃时的8.249×10-3,降幅达25.0%。弹性模量随温度的升高逐渐减小,变形模量随温度的升高而增大,泊松比随温度的升高逐渐减小,由此得到各参数变量随温度的变化关系。研究成果可为深井高温软岩巷道的围岩控制提供理论基础。

综放采场走向压力分布规律及终采线位置确定

为合理确定综放采场工作面终采线的位置,以谢桥煤矿C_(13-1)煤一综放工作面为研究背景,采用相似材料模拟试验和现场测试,从煤层顶板运动、巷道煤层受力和位移、巷道深部位移、轨道上山支架受力、巷道支架受力和变形、工作面周期来压等方面,全面分析了综放采场走向围岩压力分布规律。结果表明,围岩压力峰值位置平均值为14．4m,超前影响距离平均值为66．8 m,在工作面前方平均29．2 m处,围岩矿压显现由缓和趋向剧烈,并将终采线位置确定在离轨道上山30 m处,比预先按传统设计的50 m缩短了20 m留设煤柱,经济效益十分显著。

分岔合并下伏煤层破碎顶板超前注浆加固技术

分岔合并下伏煤层分层开采中,上覆煤层的采动对底板有一定的破坏影响范围,导致下层煤工作面顶板破碎,严重影响下伏煤层的正常回采。针对淮北矿业(集团)有限责任公司许疃矿71煤与72煤分岔合并现象,通过理论分析和数值模拟分析了7118工作面采动影响下底板破坏深度的范围;通过室内力学试验确定了最佳浆液水灰比为1∶1,水泥-水玻璃体积比为1∶0.4～1∶0.6之间;设计了7225工作面顶板注浆参数和注浆孔布置;通过数值模拟、相似模拟综合分析了预注浆加固效果,注浆后煤壁及顶板稳定性明显增强,顶板控制效果明显。

急倾斜煤层锚网索巷道围岩活动规律研究

针对急倾斜煤层巷道支护现状,提出采用锚网索支护新技术对试验巷道进行支护改革.通过对试验巷道表面位移、围岩深部位移和锚杆(索)受力的现场监测,分析了试验巷道矿压显现活动规律,掌握了试验巷道在锚网索支护下的围岩变形规律,得出了在急倾斜煤层巷道采用锚网索支护是可行的.这为锚网索支护在急倾斜煤层巷道的推广应用和支护参数设计提供了科学依据,对改善急倾斜煤层巷道的维护有着积极的意义.

交通荷载下低路堤路基的动力响应

为分析交通荷载在低路堤及其路基中的扩散和传递变化规律,从路基土工程特性和耦合动力学的角度,建立路基动力分析耦合力学模型,推导出耦合运动方程,以江苏连盐高速公路为研究背景,探讨不同工况下路基的动力响应规律.结果表明:车重、路堤高度、加载方式、路面基层刚度对路基振动影响明显,而车速对路基的影响不大,并将数值解和现场实测值进行比较,验证了所建路基耦合动力模型及计算方法的可靠性.

许疃矿7_2煤工作面破碎顶板超前预注浆加固控制技术研究

论文以淮北矿区许疃煤矿71、72煤层为工程实例,根据其分岔合并、层间距变化大、采空区下顶板破碎等特点,采用实验室力学实验、现场实测、理论分析等方法,对71煤层开采后底板的破坏深度和工作面破碎顶板的有效控制方式进行了研究,设计了破碎顶板的注浆参数,并采用"更换钻头"与"跟管钻进"埋设注浆套管的新方法,解决了破碎顶板钻孔、埋设注浆套管困难的问题。并通过未注浆工作面与注浆工作面的矿压显现与巷道表面位移的对比,总结了顶板控制效果,得到72煤破碎顶板的有效控制技术,为淮北矿区72煤破碎顶板控制提供了理论依据。

坚硬顶板下极近距离煤层联合开采安全错距确定研究

为获得坚硬顶板下极近距离煤层联合开采的合理错距，以山西灵石某矿0908高档普采和1008综采两个联合开采工作面为工程背景，建立了不同错距下覆岩破坏特征模型，分析了顶板运动规律，实测了错距分别为20m、26m和35m时两工作面的压力显现特征。结果表明，合理错距与顶板周期来压步距有直接关系，坚硬顶板下极近距离煤层联合开采合理错距为顶板周期来压步距的1．6-2．0倍。