露天转地下矿山边坡稳定性的数值模拟与敏感度分析

露天转地下矿山边坡稳定性是一个当前广泛存在的问题。依据经验类比和正交试验原理,针对某铁矿工程地质条件,通过正交试验设计出了9种地下采场结构参数方案。采用有限元法,建立了矿区的有限元数值模型,通过数值模拟得出9种方案开采下边坡和采场围岩内的应力、应变数值。在此基础上,通过方差分析,对影响露天边坡稳定性的主要应力、应变指标进行了敏感度分析,得出了边坡稳定性对地下矿房各参数变化的敏感程度,据此确定了确保边坡稳定性的合理矿房结构参数,并初步应用到开采设计中。

复杂条件下隧道断面形状和支护参数优化

通过有限差分法(FLAC3D)数值计算和现场试验对马蹄形断面和大曲率边墙、似圆形断面形式下隧道的支护受力和围岩变形特征进行了对比分析,得出采用似圆形断面可以有效地控制围岩的变形量和变形速率,尤其是水平收敛变形;现场变形量测时的丢失位移所占总位移比例较大,其中下台阶丢失位移比例最大;通过现场试验,对不同支护刚度下围岩压力、锚杆受力、钢架、混凝土应力以及二次衬砌分担的围岩压力和模筑混凝土受力情况进行分析,结合洞室变形的现场量测,得出二次衬砌接触压力及分担围岩压力比呈现出随着初支刚度增大而增大的规律,并综合确定了板岩段合理的支护参数。该结论对在构造应力发育的软岩地区修筑隧道提供了有益的工程经验。

管幕-结构法群管顶进对车站站场站台及股道沉降影响研究

为揭示管幕施工中群管顶进对站台和股道的影响规律,以迎泽大街下穿太原市火车站通道工程暗挖段管幕-结构法施工为例,采用数值计算对钢管不同顶进次序对地表沉降影响进行分析,推荐先下后上的群管顶进次序;采用数值计算和现场监测相结合的手段,对群管顶进过程中站台和股道沉降变化特征进行研究。研究结论如下:1)群管顶进对地层沉降变形影响是一个多次叠加效应,具有应力路径相关性,顶进过程中地表横向沉降曲线形态处于动态变化之中,最终呈现出类似Peck横向沉降槽的曲线形态;2)群管顶进结束后地表沉降横向槽宽度约为50 m,位于管幕底部两侧约45°地层滑移角范围之内;3)现场监测结果表明管幕-结构工法有良好的地层变位控制效果,在多次顶进扰动影响下,站台和股道沉降、轨道高低及水平变形皆在控制范围之内。

隔板与风管联合通风技术在特长高原隧道施工中的应用

长距离隧道钻爆法施工中的施工通风问题一直是隧道技术人员面临的难题,尤其在高原缺氧地区该问题更加突出。西格二线关角特长隧道长约32.6km,具有海拔高、距离长、工作面多和施工通风困难等特点。为了解决关角隧道长距离施工通风难题,首次提出了分隔斜井与正洞风管联合通风方案,进行了隧道通风系统设计与风机的选型,并对通风效果进行了数值模拟及现场实测,得出了联合通风方案下多工作面施工时风管出口到工作面的合理距离及工作面风速与风管口到工作面距离的关系;实测有害气体(CO、SO_2)含量与工作面施工状况有很大关系,一般工况下可满足现行隧道规范要求,通风效果良好。该通风技术为长距离隧道施工通风设计提供了新的思路。

GSI在节理化岩体力学参数评价中的应用-以金川二矿区水平矿柱为例

节理化岩体力学参数是岩体工程稳定性评价和进行数值计算的难点与关键,而岩体强度指标(GSI)正是针对节理化岩体提出的一种用于解决这一问题的岩体分类体系。系统介绍了GSI岩体分类体系和GSI值的确定方法,并结合E.Hoek法确定岩体力学参数的原理和关键技术,对金川二矿水平矿柱的岩体力学参数进行了评价。评价表明,该方法可较准确反映节理化岩体的力学特性,且简单、易行,值得在同类工程中推荐。

雁门关隧道挤压性围岩变形控制技术

北同蒲取直线雁门关隧道软弱围岩段埋深大,构造应力水平高,给隧道施工变形控制造成了极大困难。文章根据雁门关隧道挤压性围岩的工程特性,对洞室变形控制措施进行了研究。首先通过有限差分法(FLAC3D)数值计算确定了弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖法的核心土合理长度;其次根据隧道塑性区范围与形状优化了系统锚杆的长度;而后通过对双层支护力学效应及内层支护施作时机的研究,得出理论上雁门关隧道的内层支护最佳时机为内层支护与外层仰拱同时施作;最后通过数值计算和现场工程实践,形成了"3~4 m核心土长度+超前支护+优化设计的系统锚杆及锁脚锚管+双层支护(H175+I22a)"的雁门关隧道挤压性围岩变形综合控制技术。该技术对在构造应力发育的软岩地区修筑隧道具有一定的借鉴意义。

模糊评判在露天转地下矿山的矿房结构参数优化中的应用

模糊评判法能较好地解决方案选择的问题。本文针对石人沟铁矿露天转地下矿山过渡期开采期间,矿山地下开采带来的露天边坡、地下采场稳定性问题,通过数值模拟,得到地下第一中段开采时地下采场和边坡的应力、应变数值,并结合矿块的采切比、矿块回采率经济指标,运用模糊数学的方法,建立了考虑经济效益的稳定性模糊评判模型。通过合理确定评价指标的隶属度函数和利用二元排序法构造判断矩阵确定各评价指标的权重,对9种方案进行了综合评判,确定了最优方案,选出了合理的矿房结构参数,既可保证矿山的安全生产,又可保证矿山经济效益。

西格二线关角隧道浅埋砂层段施工技术及力学效应研究

关角隧道是西(宁)格(尔木)二线的控制性工程,在隧道入口处存在长约450m的砂层,施工难度较大。由于在3台阶施工中出现了冒顶事故,故提出了4台阶施工的设想,并利用三维数值计算模拟了4台阶开挖支护过程,揭示了隧道的空间变形、地表沉降和初支受力特征。通过与3台阶施工模拟结果对比证实了4台阶方案的优越性;现场施工和变形量测结果表明,采用大拱脚断面形式和超短四台阶施工方案,施作长大水平超前管棚、设置临时钢横撑、缩短仰拱封闭距离等是保证大断面浅埋砂层隧道安全施工的有效方法,对其他类似工程施工提供了宝贵的工程经验。

岩体工程失稳的塑性能突变判据及其应用

岩体工程失稳形式的判定是近年来岩石工程界关心的一个重要问题。在总结前人研究的基础上,根据能量耗散原理、突变理论,提出了岩体工程灾变失稳的塑性能突变判据,并应用于金川二矿水平矿层的稳定性判定,结合水平矿层的现场工程地质调查和声波探测结果,得出结论:水平矿层现已遭受新的破坏,处于峰值强度后的破裂状态,水平矿层在开采过程中不会发生突然性的灾变失稳。

城市地下空间工程专业实验教学与实验中心建设探索

"城市地下空间工程"作为新设的国家特色专业,具有较强的实践性。石家庄铁道大学根据专业特点制定了实验教学理念与目标,构建起了三平台、四层次、五模块的实验教学体系,创新了实验教学方法,通过对实验室人员和仪器的优化配置、积极进行教材编撰和完善实验室运行管理制度,实验教学取得了良好成效。

提高土木专业毕业设计质量的几点思考

作为高等教育最后一个环节的毕业设计,其质量一方面反映着学生的专业知识水平和工程实践能力,另一方面还反应了教师的管理水平和专业知识水平。针对土木工程中"隧道工程"专业毕业设计过程中的教师申报题目、学生选题、开题、设计过程、答辩及资料整理等各环节提出具体的管理方法和管理重点,最后对毕业设计中出现的问题进行了思考。

时速160km以下双层集装箱运输铁路有砟轨道隧道内轮廓研究

目前运营时速160 km以下(双箱运输)有砟轨道隧道内轮廓难以满足大型养护机械(特别是大型清筛机)作业空间需求,通过对新建时速160 km以下电气化铁路(双箱运输)有砟轨道隧道的建筑限界、接触网悬挂方式及布置、大型养护机械空间需求、轨道结构形式、侧沟及电缆槽设置等内轮廓影响因素进行综合分析,确定单双线铁路有砟轨道隧道内轮廓控制性尺寸、拟定内轮廓方案,通过对各型内轮廓方案的结构安全性、经济性及施工便利性比较,给出推荐方案,为通用图编制和纳入规范奠定基础。

高校教育中教研团队的建设与作用——以地下工程教研团队为例

教研团队建设是国家教育部启动的高等学校本科教学"质量工程"中一项重点项目。文章首先阐述了高校教研团队构建原则和作用,并以石家庄铁道大学地下工程教研团队为例,介绍了其在教学和科研方面取得的成绩和经验,有一定的借鉴意义。

岩体力学课程特点及教学策略探讨

岩体力学是高等院校工程类专业重要课程之一,也是一门理论性与实践性较强的交叉学科,对于部分学生来说理解起来比较困难。因此,如何使岩体力学课程知识简单化,易于学生理解成为了该门课程教师需要认真思考的课题。对此,本文阐述了岩体力学授课内容及教学目的,分析了岩体力学课程所具有的特点,如理论性与抽象性突出、研究对象复杂和行业特色鲜明等,最后围绕教学中存在的问题提出了针对性的解决策略,以期调动学生学习的积极性,提升学生的创新能力与意识。

高原隧道施工工程机械有害气体排放特性

工程机械在高原地区运行时有害气体(尾气)CO、HC等的排放量较大,为了给高原地区隧道施工等地下工程通风设计与污染控制提供科学依据,依托关角隧道工程,对高原隧道施工中所使用的装载机、挖掘机、自卸汽车等内燃设备所排放的有害气体进行了测试,并对测试结果采用多项式拟合的方法进行拟合。研究结果表明:高原环境下工程机械排放的有害气体(尾气)CO、HC排放量以指数方式变化,随着转速增大而增大;过量空气系数φa减小时排放量增大,反之,φa增大时排放量减小。

过渡期开采矿山的有限单元法数值模拟

研究数值模拟在露天转地下过渡期开采矿山的应用,是一项很有价值的工作。着重探讨了有限元数值模拟的方法和技巧,如边界条件的确定、岩体力学参数的确定以及模型的建立等等,并结合石人沟铁矿进行了验证,提出了相应的保证边坡稳定的防护措施。

地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究

研究目的:由于隧道衬砌背后空洞的存在对隧道抗震影响很大,本文以高烈度地震区的敦煌-格尔木铁路阔克萨隧道为研究背景,研究隧道衬砌背后空洞位置、空洞大小、围岩级别和隧道埋深等因素对隧道结构的地震动力响应规律及影响机制,并提出合理的加固方案,确保地震作用下隧道运营安全。研究结论:(1)空洞的存在降低了衬砌结构的变形性能和抗震特性;(2)对空洞隧道拱顶最大主应力影响最敏感的因素是围岩级别,其后依次为空洞环向大小、空洞位置、空洞径向大小和空洞轴向大小,而隧道埋深则是最不敏感的因素;(3)回填注浆加固方案可降低隧道衬砌的拉应力,改善衬砌的内力和应力分布,回填注浆+套拱加固方案要比回填注浆+锚杆方案作用效果好,回填注浆+锚杆+套拱组合加固方案抗震效果最佳;(4)本研究成果对隧道衬砌背后存在空洞时在地震作用下的空洞影响机制和加固方案选取具有一定的指导意义。

充填采矿法引起的地表变形数值模拟研究

胶结充填采矿法开采急倾斜矿体对地表的影响与其他采矿方法不同,有着自己的规律。本研究利用FLAC3D数值模拟软件对金川充填采矿法引起的地表变形进行了研究,提出了金川二矿区地表变形的一般规律,初步得出金川二矿区地表裂缝的产生是由于采矿所引起的结论;并且解释了地表裂缝的出现滞后于开采的现象;对计算结果用GPS测量结果进行了校合,验证了计算的可靠性;最后,研究了充填体弹性模量对地表沉降的影响。

高原隧道长距离施工通风方法研究

高原地区严寒缺氧气压低,环境恶劣,隧道建设中面临的高原长距离隧道施工通风问题属世界性技术难题。关角隧道为目前世界在建最长的高原隧道,也是我国目前最长的铁路隧道。结合关角隧道的施工建设,通过研究,采用斜井分隔方法很好地解决了这一难题。文章给出了隧道施工斜井中隔法通风方法和方案设计,以及现场测试效果,既保证了关角隧道的正常建设,又为修建高原长大隧道积累了经验。

高原地区地下工程施工机械尾气排放规律研究

高原地区空气稀薄、高寒缺氧,尤其在负荷条件下,工程机械的进氧量不足,导致尾气CO、HC等的排放增多,尾气已为高原地区地下工程施工通风与污染控制的主要因素。结合关角隧道施工,对所使用的工程机械进行了尾气测试,采用多项式拟合的方法得到了高原地区工程机械尾气排放规律,为高原地区地下工程的施工通风设计、控制污染提供了必要的科学依据。