岩土类材料松弛模量的确定

岩土材料,即,土、冻土、岩石以及混凝上具有明显的徐变和应力松弛现象。通过徐变试验可容易确定徐变柔量;而应力松弛试验难度很大,故难以通过试验确定其松弛模量,以致岩土材料的松弛模量一直没有合适方法来确定。作者直接根据岩土材料的徐变柔量,通过解析计算给出了其松弛模量的显式算式,并且给出了三个解析算例。

大松动圈围岩锚注与预应力锚索联合支护技术的机理与实践

文章针对大松动圈围岩变形破坏的特点,以理论分析、实验研究与工程实践相结合,研究了预应力锚索与锚注支护大松动圈围岩的机理,提出用锚注加固松动岩体,用预应力锚索调动深部岩体抗破坏能力并对外部围岩提供“环向约束”,两者结合使用能够形成多重围岩加固圈,从而彻底控制大松动圈围岩的变形破坏。该技术通过工程实践,证明其具有经济和技术优势,在岩土工程中有着广泛的实际意义与推广价值。

考虑中间主应力效应的修正Hoek-Brown真三轴强度准则

为改善Hoek-Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,通过岩石真三轴试验结果分析了岩石强度的演化规律,引入中间主应力系数,量化分析主应力系数对岩石真三轴强度的影响,考虑Hoek-Brown强度准则中的参数和岩石应力水平间的关联性,提出了基于拉格朗日插值方法的修正岩石真三轴Hoek-Brown强度准则,分析了其空间包络特征。最后,利用7种岩石的真三轴试验数据与其它3种真三轴强度准则进行最优拟合误差分析,探讨了修正强度准则的合理性。研究结果表明:岩石强度随着最小主应力的增加逐渐增大,随着中间主应力的增加则呈现先增大后减小的变化规律,表现出显著的区间效应;修正强度准则不仅能够继承Hoek-Brown强度准则在子午面上的非线性优点,且能够表征岩石强度在应力空间中的基本特性;线性和非线性插值形式的修正强度准则空间包络面分别为非等边的六棱锥面以及能够满足拉压子午面区间连续光滑要求的圆锥面;修正强度准则能够较好地预测岩石真三轴试验强度,较为合理地反映中间主应力对岩石强度的影响;相比于线性插值形式强度准则,二次插值形式强度准则能够提高岩石强度的预测精度1.2~2.0倍;相较于其他真三轴强度准则,修正强度准则对不同硬脆性岩石的真三轴试验结果均具有良好的强度预测精度,体现了修正强度准则的适用性和可靠性。

深部圆形巷道破裂围岩的弹塑性分析

随着大量煤矿矿井开采深度的增加,在高围压的作用下,巷道围岩普遍出现破裂,而且围岩破裂范围在扩大的同时,往往出现继续破坏的现象。针对长的圆形巷道,将巷道围岩分成破裂区、塑性区和弹性区,采用Mohr-Coulomb准则,进行非关联弹塑性分析,获得其应力和变形的封闭解析解。通过利用在弹塑交界处应力连续的条件以及在破裂和塑性交界处径向应变连续的条件,获得确定围岩破裂区和塑性区半径的解析式。最后,给出一个算例,分析其破裂区和塑性区应力、应变的分布特点以及破裂区范围的影响。利用所获得的结果,可以为巷道的稳定性分析以及支护设计提供理论依据。

边坡稳定性的解析计算

对于边坡的平面和圆弧形滑裂面,采用解析方法建立了边坡安全系数的正确的解析表达式。对于平面滑动,给出了边坡的临界滑裂面和最小安全系数的解析算式;对于圆弧滑动,利用函数取极值的条件,提出了通过求解一个二元代数方程组来获得边坡的临界滑裂面和最小安全系数。作为算例,对于纯粘性土边坡(j = 0),建立了确定边坡临界滑裂面的迭代算式,并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。

平面滑动边坡稳定性的解析计算

根据极限平衡原理,采用解析方法,即利用函数求极值的条件,对折线形与台阶形边坡、具有张裂缝和静水压力边坡以及考虑地震力影响的边坡,分别建立了最不利滑动面倾角和最小安全系数的解析计算公式。

深部岩体非线性Kelvin蠕变变形的混沌行为

随着矿山开采的大规模进行和采深的加大,在深部高应力作用下巷道围岩的破坏日益严重,这使得越来越多的采用非线性科学理论和方法分析巷道围岩的稳定性。推导非线性Kelvin流变模型的本构方程以及其蠕变曲线的解析解;分别采用两种数值微分方法对非线性蠕变方程进行求解,结果发现非线性蠕变方程的数值解在有些情况下与解析解不一致,即数值解可能出现不稳定;通过变量代换,该非线性蠕变方程可化为Logistic方程。这样,通过将岩体的本构模型与非线性理论相结合,从理论上证明岩体的非线性蠕变具有混沌行为,并相应获得岩体变形发生混沌的条件,根据实测位移序列,为采用混沌学方法进行深部岩体工程的稳定性预测和控制奠定理论基础。

深部岩体变形的混沌预测方法

论述深部岩体变形行为及其围岩稳定性分析中应用混沌方法;同时,根据岩体工程的观测位移时间序列,基于相空间重构,给出了最大Lyapunov特征指数的计算步骤,并给出了岩体位移时序的线性和非线性两种混沌预报模式。据此,建立了岩体工程位移观测数据的混沌预测方法。对玲珑金矿255m水平主运巷的塌陷情况进行了算例分析。首先,对于主运旧巷断面的收敛位移观测序列,采用插值方法对其进行了预处理,以获得等间隔的位移序列;然后,对该位移序列,利用上述混沌分析方法,获得其最大Lyapunov特征指数为0.05;分别采用近邻等距法和最大Lyapunov指数预报模式,对位移序列进行了预测。与观测位移相比较,位移预测结果比较理想。

外壁恒温条件下单管冻结温度场解析计算

针对外壁恒温条件下单管冻结相变热传导问题,根据冻结峰面分成冻结区和未冻结区,采用变量替换方法进行了温度场解析分析,获得了冻结峰面半径与冻结时间呈平方根关系,以及采用指数积分函数表示冻结区和未冻结区温度以及相应无量纲温度的计算公式;为数值计算简便,给出了冻结温度场中指数积分函数的高精度低阶多项式表示;获得了冻结管壁热流密度的解析算式。通过算例说明了外壁恒温条件下单管冻结温度场的分布规律,结果显示,冻结温度场呈对数型函数分布,且其曲率随冻结时间的增加而迅速减小,以及未冻区范围约为冻结峰面半径的4倍。

纯粘土边坡稳定性的解析计算

采用解析方法,建立了纯粘土边坡(0=j)圆弧滑裂时安全系数的解析表达式;利用函数取极值的条件,提出了通过求解一代数方程组来确定边坡的临界滑裂面和最小安全系数的方法;并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。

枣林滑坡的滑面强度确定及加固处理

概述了枣林滑坡的工程地质情况 ;通过室内试验、专家经验和基于稳定性分析的反演计算 ,确定了滑坡体的滑动面强度参数 ;给出了该滑坡体的加固处理方案 ,并详细论述了预应力锚索抗滑桩的设计方法及施工工艺。

封闭式可缩性金属支架解析计算

对于深埋、软弱矿山巷道,可缩性金属支架是常用的支护形式,以适应围岩发生较大变形及其压力。针对封闭式可缩性金属支架,考虑在较大荷载作用下或围岩产生较大变形情况下支架节产生缩动时,进行其内力的计算。实际上,地下结构为超静定结构,支架缩动为非可逆过程,且缩动后支架形状会产生变化、卡缆将限制支架变形,这些都将使支架产生残余内力。通过计算支架的缩动残余内力、卡缆作用残余内力和荷载作用内力,并相叠加,进而获得支架缩动后支架的真实内力,从而为可缩性支架的设计计算提供依据。

边坡稳定性中BISHOP法的解析计算

针对简化Bishop法，采用精确积分代替有限条块的求和，获得了边坡安全系数的解析表达式．这样只需通过迭代求解一代数方程就可获得边坡的安全系数，避免了有限条分法中计算繁杂以及在试算时初值选取不当可能存在不收敛的缺点．此外，利用该解析算式可容易获得边坡的最危险圆弧滑裂面和最小安全系数．在同样的边坡条件下，简化Bishop法的安全系数一般比瑞典条分法高6％～7％．

采动岩层荷载计算方法修正

根据煤层开采后岩层的实际移动情况,考虑各岩梁的长度和其曲率不同,对岩层荷载的计算方法进行了修正;考虑岩梁为平面应变情形,对岩层荷载的计算进行了修正.修正后的岩层荷载不仅与各岩层的密度、厚度和弹性模量有关,而且与煤层的开采宽度、岩层的移动角和泊松比有关.最后给出了算例,并对计算结果进行了比较分析.

立井井壁的计算理论

概述了作者采用空间模型,就复合井壁在任意轴对称的法向、切向荷载作用下的变形问题的一系列研究成果,这些变形问题的解析算式为立井井壁的设计以及井壁破裂原因的分析提供了理论依据。

可缩性金属支架的有限元计算

本文提出采用有限元法对Ｕ型钢可缩性支架进行计算。说明了支架搭接段的处理方法；讨论了支架缩动后其几何形状及残余内力的计算方法。

可缩性金属支架的计算理论

Ｕ型钢可缩性金属支架是煤矿巷道中常用的支护形式。然而，其计算通常按不可缩金属支架进行，以致于可缩性金属支架的计算、设计常有不准确性及盲目性。本文根据地下结构的特点，着重对可缩性金属支架的搭接段进行力学分析，并提出了在支架内力计算中搭接段的处理方法；分析了支架缩动引起的形状变化及支架由于缩动而产生的残余内力的计算，从而建立了可缩性金属支架的计算理论。

复合井壁的弹性分析

夹有泡沫塑料板的双层混凝土井壁———复合井壁———是我国广泛采用的井壁形式．在任意轴对称的法向及切向荷载作用下，用Ｆｏｕｒｉｅｒ积分的方法建立了井壁应力及位移的解析计算公式，分析了泡沫塑料板的力学机理，指出采用平面弹性模型进行井壁应力分析的局限性．

地下衬砌的变几何应力分析

根据地下衬砌边砌筑边受载的特点，针对空间轴对称的衬砌结构和荷载的情形，给出了变几何应力的解析解。文中讨论了采用Ｆｏｕｒｉｅｒ级数和Ｆｏｕｒｉｅｒ－Ｂｅｓｓｅｌ级数展开的方法求解在任意轴对称荷载作用下有限长空心圆柱问题的过程和步骤。最后，将地下衬砌的变几何与不变几何的应力分析结果作了比较。

开挖引起的水平岩层及地表移动计算

本文将岩体视为层状的各向同性的线弹性体,采用富氏积分变换方法获得了开挖引起的岩层及地表的移动规律。在分析中,将煤层底板作为无限大的弹性体,而不是作为刚性体。