桥梁荷载作用下巨型岩溶洞穴顶板稳定性研究

某高速公路桥墩基础完全置于巨型溶腔上部,通过定性、半定量、定量的方法对岩溶洞穴顶板稳定性进行综合分析评价,确定了桥型方案,然后通过地表变形监测,验证稳定性综合评价方法的合理性。

岩溶顶板稳定性对桩基承载性能影响研究进展

基于岩溶区桩基承载性能问题,从研究方法、岩溶发育程度、影响因素3个层面对岩溶顶板稳定性对桩基承载性能影响进行介绍,并对其未来发展方向进行了展望。结果表面:①岩溶顶板稳定性对桩基承载性能影响研究方法有理论研究、现场及室内试验、数值分析;②对岩溶地区进行桩基础工程设计时需重复考虑该地区的岩溶发育程度;③岩溶顶板强度、岩溶顶板倾倒角度、岩溶顶板厚度为岩溶区桩基承载性能的主要影响因素;④实际工程缺乏实地观测和实测数据支撑,需要加强岩溶地区桩基与岩溶顶板之间的关系研究,还需要进行更多的室内试验和数值模拟分析,以深入研究岩溶顶板的形成机制和工程特性。

膏体充填开采顶板稳定性影响因素分析

膏体充填开采顶板稳定性控制的效果受上覆岩层载荷、煤体、充填体的力学特性等因素影响。为了研究膏体充填开采条件下顶板稳定性的影响因素,本文以新河煤矿5303充填工作面为工程背景,基于弹性地基梁理论,建立了膏体充填开采煤壁-支架-充填体控顶力学模型,推导了直接顶挠度的解析解,分析得到充填体弹性地基系数和上覆岩层载荷是影响采空区顶板最大挠度的主要因素;煤壁弹性地基系数是影响充填采场顶板最大挠度的主要因素,结合相关参数给出了直接顶挠度随各影响因素的变化规律,并提出了膏体充填开采顶板稳定性控制方法。

近距离煤层回采巷道顶板稳定性分类及支护技术研究

以锦辰矿工作面回采巷道顶板为工程研究对象,重点研究了15号煤层回采巷道顶板稳定性的分类及相应的支护技术。考虑到顶板稳定性的主要影响因素,按照巷道顶板岩层的沉积条件、岩层物理力学性质、采动影响等情况的变化,将顶板稳定性类别为:Ⅰ类,较不稳定;Ⅱ类,不稳定;Ⅲ类,极不稳定。并绘制出了15号煤层各顶板的顶板稳定性区域分类图。针对各类顶板的特征提出相应的优化支护方案,采用数值模拟分析比较了采动影响条件下巷道原支护、优化支护方案下巷道围岩的应力分布、顶板及两帮的位移量,对比3种顶板条件下巷道围岩在原支护方案与优化支护方案下巷道围岩变形量,得出优化支护后围岩变形量明显减小,支护效果较好。

基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法及应用

建立基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法,研究重叠顶板的安全储备。提出采空区重叠顶板安全系数的概念,通过不断折减重叠顶板强度参数,得到不同折减系数下重叠顶板中点的竖向位移序列,建立其竖向位移序列与折减系数的尖点突变模型,以此作为采空区重叠顶板是否失稳的判据。以双层长方体采空区重叠顶板为例,得到不同顶板跨度下,重叠顶板安全系数和厚跨比之间的对数拟合函数,表明重叠顶板安全系数受顶板厚跨比和跨度双重影响。采用基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法对多层采空区重叠顶板进行稳定性分析,得出上层采空区重叠顶板不稳定会促使下层采空区重叠顶板向不稳定演化。对高峰矿区105#矿体多层复杂采空区重叠顶板稳定性进行分析后可知:除1#,2#采空区重叠顶板外,其余重叠顶板基本稳定,其安全系数在1.50以上。基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法为研究采空区稳定性提供一种新的研究途径。

复采工作面过空巷顶板稳定性

针对复采工作面过平行空巷支架支护阻力计算的问题,通过现场调研和理论分析,建立了过空巷采场基本顶破断的力学模型,提出了影响复采采场基本顶超前断裂的3个因素:复采工作面与空巷间煤柱宽度、复采工作面与周期断裂线距离、空巷宽度。通过对影响因素的力学分析,得到了基本顶超前断裂的力学作用机理:复采工作面与空巷间煤柱随回采失稳,导致顶板失去煤柱支撑,基本顶梁结构的悬臂长度增加,当悬臂长度达到周期来压步距时,悬臂梁在固支端断裂。基于Bieniawski公式,推导得到了复采工作面与空巷间煤柱失稳的临界宽度W*和复采工作面基本顶必然产生超前断裂空巷临界宽度A0。根据过空巷采场基本顶破断力学模型对基本顶来压力学模型中断裂岩块尺寸进行了针对性调整,运用调整断裂岩块尺寸后的基本顶来压力学模型计算得到了适用于复采工作面的过空巷期间支架最小支护强度为10 910.77 k N/架。圣华煤业复采工作面过空巷期间的矿压观测结果表明:工作面过空巷期间,最大工作阻力为9 656 k N/架,支架支护强度计算合理。

桥梁桩基荷载下溶洞顶板稳定性研究

基于Hoek-Brown准则,考虑溶洞顶板和桩基相互作用受力特性,针对岩溶地区溶洞地质条件的固支、简支圆板和矩形板4种模型,应用弹性力学推导溶洞顶板在桩基荷载下的最大应力计算式;引入Hoek-Brown准则作为判定顶板破坏的依据,得出顶板在不同简化模型下的顶板厚度理论计算公式以及在冲切、剪切破坏下的安全厚度计算公式。以江肇高速公路西江特大桥南引桥5号墩C桩桩基为研究对象,结合Hoek-Brown准则参数到Mohr-Coulomb准则参数的等效转换方法,得到不同板模型和抗剪切、冲切顶板安全厚度的计算结果。此外,应用有限元数值模拟方法得到不同板模型顶板安全厚度的数值模拟结果。通过比较理论验算和数值模拟结果不难发现:引入Hoek-Brown准则可以准确地分析溶洞顶板稳定性;所得到的4种不同简化力学模型下岩溶地区桥梁桩基荷载下溶洞顶板安全厚度计算公式可以进一步充实现有规范的内容,有效地服务于工程实践。

岩溶区桩端下伏溶洞顶板稳定性分析研究

在总结归纳岩溶区溶洞顶板稳定性分析方法的基础上,针对目前桩端下伏溶洞顶板稳定性验算方法中存在的问题进行相应改进,在溶洞顶板抗冲切、抗剪验算中分别引入格里菲斯判据和莫尔判据,对抗剪验算全面考虑了桩端岩层剪切破坏和溶洞平面投影边缘处岩层剪切破坏2种破坏模式,对完整、无裂隙顶板采用圆形固支板模型验算抗弯稳定性,最后将该方法应用到某公路大桥的溶洞顶板稳定性验算中,计算结果表明该方法简单、实用。

断裂结构面对回采工作面矿压及顶板稳定性的影响

通过对现场观测和数值模拟分析，系统研究了断裂结构面对回采工作面矿压分布和顶板稳定性的影响。研究结果表明，回采工作面顶板断裂结构面有3种典型组合类型，即“正三角形”结构、“川字形”结构和“倒三角形”结构。在工作面开采过程中，“正三角形”结构顶板稳定性差；“倒三角形”结构顶板稳定性好；而“川字形”结构顶板能形成结构平衡且稳定。由于断层使介质不连续，导致初始应力场挠动，局部产生附加应力，在断层带附近形成低压力区和高应力集中区带，比较明显的影响范围距断层面大约10-30m。当工作面推进到高应力集中区带时，工作面前方煤（岩）体中支承压力明显增大，支承压力峰值位置向前方煤岩体中转移，易于发生冒顶事故和其他矿井动力地质现象；当工作面推进到低应力区带时，压力峰值降低，顶板稳定性差。

综放开采端面顶板稳定性的数值模拟研究

由于直接顶 (含顶煤 )厚度的成倍增加 ,综放采场顶板下沉量与支架工作阻力并不存在类双曲线关系。因此用顶板最大下沉量判断直接顶 (含顶煤 )稳定性已失去意义。应用 U DEC程序分析了综放开采端面顶板稳定性与支架工作阻力及端面距的关系 ,得到当端面距在一定范围之内时 ,端面顶板冒落情况与支架工作阻力及支护角度密切相关 ,支架工作阻力 P和端面顶板下沉量Δ ld呈类双曲线关系。在此基础上提出综放支架工作阻力新的确定方法。

兖州煤田主采煤层顶板稳定性特征分析

对兖州煤田主采煤层顶板稳定性特征进行分析,把影响煤层顶板稳定性的因素归纳为岩石的沉积学特征、构造特征、力学性质等几个方面。从沉积学特征分析,把煤层顶板分为下软上硬型、下硬上软型及复合型;从构造特征分析,煤层顶板分成构造特别发育型、发育型、中等发育型和不发育型;从岩石强度方面把煤层顶板分成强度特高型、强度高型、强度中等和强度低型。综合考虑各因素,利用层次分析法原理和模糊综合评判理论对煤层顶板稳定性进行评价。把兖州煤田主采煤层顶板稳定性特征划分为非常稳定型、稳定型、中等稳定型和不稳定型4级。非常稳定区主要是沉积厚层中粗砂岩,构造极少发育,岩石力学强度高;稳定区主要是沉积中厚层细粉砂岩,构造少量发育,断续展布,岩石力学强度较高;中等稳定区主要是沉积粉砂及泥岩,构造大量发育且部分贯通,岩石力学强度中等;不稳定区主要是沉积泥岩及煤线,构造相当发育,大都相互贯通,裂隙较多,岩石力学强度低。

基于突变理论和广义H-B强度准则的采空区顶板稳定性分析

为实现煤矿采空区塌陷区土地的治理利用,对煤矿采空区进行顶板稳定性的分析与研究。鉴于采空区顶板的失稳破坏是一个非线性的过程,分别从结构力学和岩体本构关系两个角度建立采空区顶板稳定性分析模型。首先将采空区顶板岩梁结构简化为力学三铰拱模型,然后进行力学分析,求出其力学结构系统的总势能,基于突变理论,建立其力学结构失稳破坏的尖点突变模型;其次构建基于极限平衡法的采空区顶板筒状塌落一般模型,考虑到实际工程的广泛应用,进而建立基于广义H-B强度准则的矩形采场顶板筒状塌落极限平衡分析模型。最后通过不同工程算例分别对2个模型进行了分析和验证,且二者计算结果均与工程实际情况一致,说明两种模型均适用采空区顶板稳定性的分析,为研究采空区稳定性提供一种新的途径。

基于Info-Gap理论的基桩下伏岩溶顶板稳定性的主动分析方法

针对因不能获得足够数据信息量而无法准确描述不确定参量的分布形态问题,引入Information-Gap(简称为Info-Gap)理论,首先,通过对不确定参量的不确定性程度度量方法和满足预定功能的不确定参量的允许不确定性程度变化幅度确定方法的研究,建立基桩下伏岩溶顶板稳定性的不确定性分析的稳健可靠度分析模型;然后,基于现有岩溶顶板安全系数在不同失稳模式下的极限平衡分析方法,建立基桩下伏岩溶顶板功能输出响应模型,并在此基础上,基于区间组合分析法,建立基桩下伏岩溶顶板稳定性的稳健可靠度指标确定方法,从而提出基于Info-Gap理论的基桩下伏岩溶顶板稳定性的不确定性分析新方法。该方法对数据信息量要求低,无需掌握不确定参量的分布形态,是对现有相关理论与方法的补充与完善;而且,由于该方法将不确定参量区分为设计变量和设计参数,实现基桩下伏岩溶顶板稳定性在不同设计变量下不确定设计参数的允许不确定性程度的动态分析,因而,使该新方法既具有被动应对功能,又具有主动处置功能。最后,通过工程实例分析,表明所提方法的可行性与合理性。

基于量纲分析的缓倾斜空区顶板稳定性的影响规律研究

缓倾斜薄-中厚矿床开采过程中,影响空区顶板稳定性的因素较多,多因素影响条件下的影响规律较为复杂且难以定量化。针对以上问题,以上横山矿为研究对象,根据单因素试验数值模拟结果确定了缓倾斜空区顶板拉应力最大值3max?和沉降量最大值maxZDISP的影响因素并分析了其影响特征,基于各影响因素的物理含义分别构建了3max?量纲模型和maxZDISP量纲模型;在此基础上,设计了缓倾斜空区顶板稳定性影响因素的数值模拟均匀试验,根据试验结果定义了顶板3max?和maxZDISP的无量纲函数关系式;选取了缓倾斜矿床空区顶板沉降的实例对maxZDISP无量纲函数关系式进行了验证,验证结果与实测值基本吻合,平均误差为9.68%,具有较好的应用价值。该成果可为缓倾斜矿床采矿参数的选取、空区顶板的管理等提供参考。

大型地下洞室顶板稳定性的岩体结构控制效应

采用结构力学方法和块体稳定性分析程序UNWFDGE分析了溪洛渡水电站大型地下洞室中错动带单条发育、结构面成组发育和结构面集中发育呈碎裂岩体三种情况下的围岩稳定性,得出了错动带出露的临界稳定厚度和潜在不稳定块体的特征,为支护处理提供了重要的理论依据。

平顶山矿区综采面顶板稳定性的沉积模式

本文讨论平顶山矿区综采工作面顶板的沉积特征、稳定性及二者关系。研究表明，煤层顶板的沉积环境控制综采工作面顶板的整体稳定性及其展布规律，构造条件等因素影响顶板稳定性的局部变化。在三角洲平原沉积构成的顶板中，分流河道砂岩是稳定性最好的顶板类型，属稳定顶板；厚层分流间湾泥岩顶板的稳定性次之，为中等稳定类型；越岸砂泥互层顶板和薄层分流间湾泥岩－分流河道砂岩顶板相对较差，前者属不稳定顶板，后者以不稳定至极不稳定为特征。在碎屑障壁海岸沉积构成的顶板中，厚层泻湖泥岩顶板相对较好，属中等稳定类型，泻湖泥岩－小型潮道砂体混合顶板的稳定性较差，以不稳定至极不稳定为特征。

基于尖点突变理论的路堤填筑下伏溶洞顶板稳定性研究

为了分析路堤填筑过程中下伏溶洞顶板稳定性,基于尖点突变理论建立稳定性判定的数学模型;以湖南省益娄(益阳—娄底)高速公路岩溶路段地质条件为研究背景,基于上述稳定性判定模型,设计不同厚度的溶洞顶板填筑时的工况,采用FLAC3D软件模拟分析每层路堤填筑时的顶板稳定性变化规律。研究结果表明:随着路堤填筑高度增加,顶板会逐渐发生失稳变形,顶板厚度与路堤极限填筑高度之间呈二次函数关系;当路堤填筑高度超过极限填筑高度时,上部黏土层与顶板的沉降等值线连通,沉降值最大区域从黏土层移动至顶板中部,塑性区向上延伸发展至地表贯通,对路堤建设产生危害。

空巷顶板稳定性原理及支护技术研究

通过对工作面前方空巷围岩活动规律分析,建立了空巷顶板稳定性的力学模型,应用该力学模型,研究空巷基本顶的稳定性.采用高水速凝材料充填空巷新技术,同时加固空巷两帮破裂煤体,保持空巷围岩稳定.通过理论分析、数值模拟研究空巷顶板稳定性与高水速凝材料固结体力学特性的关系,合理确定了高水速凝材料充填参数.该研究结果已成功应用于工程实践.

基于网格搜索-支持向量机的采场顶板稳定性预测

为准确、快速地预测采场顶板稳定性(SRS),建立基于支持向量机(SVM)理论的SRS评价法。考虑煤-岩石介质与环境条件和工程因素,研究岩石单轴抗压强度、岩石质量指标(RQD)、煤体抗压强度、顶板水文状况和工作面月推进速度对SRS的影响。建立SRS识别的SVM模型。为提高预测模型的泛化能力和预测精度,利用网格搜索法(GSM)及10折交叉确认寻优方法对SVM模型的参数进行优化。用该模型对5组待判工程实例进行判别。研究结果表明,模型训练样本10折交叉确认准确率达91.3%,对测试样本识别正确率为80%,识别结果与实际较吻合。

基于模糊-理想点法的海下采场顶板稳定性分析

为准确评价复杂地质条件下海下采场顶板的稳定性,提出将模糊数学中的隶属度与理想点法相结合的模型。针对海下采场的特殊地质条件,综合考虑水文地质因素、工程地质因素、采场结构因素以及其他因素4个方面,选取9个评价指标。通过对指标进行隶属度化处理,由变异系数法确定指标权重,建立顶板分级模型。最后,根据三山岛金矿5个采场现场调查以及室内试验获得的指标数据,应用该模型对顶板稳定级别进行评判。结果表明,该模型的评判等级结果与工程实际相符,从而验证模型可用于海下采场顶板的稳定性分析。