岩石抗剪强度参数的围压效应与定量表征

根据岩石三轴强度和岩石抗剪强度的非线性特征,可知岩石抗剪强度参数在围压的影响下具有不确定性,通过分析可知该参数的围压效应特征为内聚力和内摩擦角与围压分别呈正相关和负相关。本文根据包络线与莫尔圆的几何关系,结合Mohr-Coulomb准则进行推导,探讨了考虑围压效应的岩石抗剪强度参数的表征方法。以岩石三轴试验数据为基本信息,开展基于精度评价的岩石强度准则优选,建立基于非线性准则的岩石抗剪强度参数表征模型,通过比较分析表征结果与试验结果,证明了提出表征方法的合理性及该方法获取岩石抗剪强度参数的可靠性。该方法可为后续的岩石抗剪强度参数边缘分布和参数间的联合分布研究提供大样本数据库。

复杂应力条件下不同回采与充填阶段采场稳定性分析

为研究复杂应力条件下不同回采与充填阶段采场稳定性,以金川三矿区下向分层胶结充填开采采场为背景,根据最大水平主应力σH、最小水平主应力σh及垂直主应力σv三者的大小,将原岩应力场分为σh型应力场(σH>σh>σv)、σhv型应力场(σH>σv>σh),σv型应力场(σv>σH>σh)3种形式,利用FLAC3D数值模拟软件,对3种应力场下,进路两帮均为矿体的一期进路,一侧为矿体、一侧为充填体的二期进路,两帮均为充填体的三期进路的回采与充填进行了分析。结果表明:若应力场由σh型应力场逐渐过渡到σhv型应力场,直至σv型应力场,一期进路拉应力与最大位移逐渐由进路帮部转移到顶、底板;而二期进路及三期进路拉应力与最大位移却均产生于进路顶板,仅随应力场改变有扩大的趋势。说明前期开采影响了地应力分布,导致回采与充填后期3种应力场下的采场应力分布与变形规律逐渐趋于相同。水平应力较大的σh型应力场中采场的稳定性较其他2种类型应力场差,但在开采与充填后期,这一趋势有所减弱。

不同侧压系数下直墙半圆拱巷道底脚受力模拟分析

直墙半圆拱巷道直墙与底板相交的底脚属于应力容易集中的不利部位,巷道的破坏也常发生于底脚处。利用数值模拟软件FLAC^(3D)对不同侧压系数下,巷道底脚受力情况进行了研究。结果表明,直墙半圆拱巷道最大压应力常出现在巷道直墙与底板相交的底脚处。随着侧压系数增大,巷道底脚位置处所受到的压应力呈现出增大的趋势,巷道底脚位置处衬砌的剪力与弯矩也表现出增大的趋势。若实际生产中巷道所在的区域水平应力较大,其底脚部分围岩可能较容易发生破坏,同时,底脚处衬砌也较易产生破坏,从而威胁到巷道支护结构的整体稳定性。

三轴条件下改进的Hoek-Brown准则的修正

改进的Hoek-Brown准则可以降低高围压下HB准则过高预测岩石三轴强度的偏差值。然而,该准则在实际应用中仍然存在局限:通过应用大量岩石三轴试验数据验证了该准则中岩石临界状态围压等于单轴抗压强度这个观点并不具有普适性,并得出该准则在围压高于岩石单轴抗压强度时对其预测的三轴强度与试验强度存在较大的偏差,而且该偏差随着围压的增大而增加。为克服改进的HB准则这个应用局限,通过应用岩石临界状态及岩石临界状态系数对该准则进行修正,提出了I-HB准则。应用大量岩石三轴试验数据对I-HB准则的适用性进行验证,结果显示该准则有效地解决了改进的HB准则的应用局限,并且该准则预测的岩石三轴强度与岩石试验强度更一致,证明I-HB准则优越于改进的HB准则。另外,通过与目前岩石力学界认为较好的指数型准则的比较,验证了I-HB准则对岩石三轴强度的预测具有更高的精度。

基于多元混合模型的煤矿矿井突水水源分析

为准确判定煤矿矿井突水水源,基于多元混合模型理论,在水化学分析的基础上选取含水层和突水水样化学离子,建立矿井突水的多元混合模型。分析计算3个不同煤矿的矿井突水水样,并与BP神经网络方法和模糊综合评判法这2种传统突水水源分析方法相对比。结果表明:多元混合模型理论、BP神经网络方法和模糊综合评判方法均能够结合水化学数据对矿井突水水源进行有效判别,其中多元混合模型理论不仅简洁易懂,而且准确率高于传统的BP神经网络方法和模糊综合评判法。

缓倾斜中厚矿体分层开采与围岩控制研究

挑水河磷矿缓倾斜中厚矿体开采时,围岩的应力状况严重影响采场顶底板的稳定性。采用条带式分层充填采矿法,通过对充填体的破坏机理进行研究,分析不同充填条带宽度、留空区条带宽度及不同充填灰砂比下采场顶底板、充填条带的应力变形,确定充填开采可降低采场围岩塑性区比例,优化开采参数,提高采场围岩的稳定性;通过计算受支护强度影响下的采场围岩应力分布,确定软弱结构面滑动的极限条件,对滑移区域的位置和范围进行预测,通过加强支护以提高围岩软弱结构面的稳定性。

上向进路充填法在“三下”矿体开采中的应用

某铁锌矿矿体位于河流和公路之下,属于典型的"三下"矿体,且矿区工程地质条件较差,开采难度大。为减小地表沉降,保护地表河流、公路与构建筑物,采用上向进路充填采矿法代替无底柱分段崩落法,并详细介绍采场结构尺寸要素、采准切割和凿岩、爆破、通风、出矿及充填等具体回采工艺。实践表明,上向进路充填采矿法顶板暴露面积小,作业安全,贫化率和损失率低,能较好地控制地表沉降和位移。

基于能量释放理论的采场顶板极限跨距研究

基于对现有能量释放率和采场顶板跨距计算研究的基础上,将能量释放率运用于采场顶板跨距计算,经过理论计算得到对于单个采场和多个采场开采时,能量释放率均能适用,且采场失稳的能量释放主要是由顶板失稳造成的。在此基础上提出适用于采场失稳的面能量释放的概念和计算公式,并推导出顶板极限跨距和安全厚度的计算公式,可知顶板极限跨距和顶板安全厚度与弹性模量、埋深等呈非线性关系,将顶板极限跨距计算公式运用于其他矿山得到验证,并运用于挑水河磷矿开采的顶板极限跨距的计算,指导实际生产,也为顶板极限跨距和安全厚度计算提出新思路和方法。

线性剪切来流下串列双方柱绕流特性的数值模拟

为揭示线性剪切来流对串列双方柱绕流特性的影响,基于多步格式的特征线算子分裂有限元法,在计算域出口处采用对流边界条件,建立线性剪切来流的方柱绕流数值模型。对剪切参数为0~0.4的不同间距比下串列双方柱绕流数值模拟,结果表明:剪切来流可以抑制涡漩脱落,降低斯特劳哈数;上游方柱驻点随剪切参数的增加向高速侧移动,当剪切参数大于0.3时驻点的位置不再发生变化。进一步通过对比剪切参数分别为0和0.1的模拟结果发现:串列双方柱间隙内流场有无涡脱产生与该区域内水平方向时均速度场为负的区域是否连续有关;间距比和剪切参数通过改变方柱周围的速度场对作用于方柱表面的压力产生较大影响,迎流面与背流面的压力差剧增导致方柱平均阻力系数剧增。

三轴条件下岩石抗剪强度参数线性回归法的修正

岩石三轴强度包络线通常为非线性,通过线性回归法(LRM)获得的抗剪强度参数对围压的变化具有很高的敏感性。为使LRM能够考虑围压对抗剪强度参数估计的影响,定义了岩石三轴强度围压效应系数,构造一个指数函数表示该系数与围压的关系,并将其引入到LRM的修正中,提出考虑围压效应的线性回归分析法(CCPE-LRM)。同时,提出了CCPE-LRM的合理性检验方法,并定义了距离系数作为指标来表征抗剪强度参数估计值与参数实际值的差异。通过以公开发表文献中多种类型岩石的三轴强度数据为例进行验证分析,结果显示各种岩石的距离系数均较小,CCPE-LRM获得的抗剪强度包络线紧贴摩尔圆,且近似相切状态。表明通过CCPE-LRM获得的抗剪强度包络线在一定程度上可以代替理想抗剪强度包络线,该方法估计的抗剪强度参数与理论抗剪强度参数的一致性较高,证明CCPE-LRM具有较好的适用性。

某铜矿露天转地下采矿方法的AHP-FCE法优选

采矿方法的优选作为一种典型的多目标决策问题,其结果直接影响到地下采矿作业及相关工程建设,甚至是矿山的最终经济效益。针对某铜矿山即将由露天转向地下的开采现状,为保证其安全高效地可持续发展,从系统工程的角度对初选出的3种采矿方法进行综合评价。应用层次分析法综合考虑6种主要技术经济指标,并采用3标度法较科学合理地确定各指标权重,建立指标权重矩阵。同时,应用模糊综合评价法确定出采矿方法与各指标之间的模糊关系,并建立模糊关系矩阵。最后,将指标权重矩阵与模糊关系矩阵相结合,得到采矿方法关于各指标的综合隶属度。根据综合隶属度的大小,即可对采矿方法的优劣进行排序。排序结果表明,双上山房柱法为最适用于该铜矿山地下开采的采矿方法。

考虑地震危险性的倾倒变形边坡风险定量分析

风险分析与评估是解决边坡固有不确定性的重要工具,但同时考虑外在荷载和内在岩土力学参数的不确定性,对边坡进行系统定量风险分析的研究较少。以西藏扎拉水电站厂后倾倒变形边坡为例,基于场地地震峰值加速度概率密度函数和不同地震峰值加速度下边坡失稳概率拟合函数,采用数值积分计算了边坡在设计基准期的失稳概率,并采用离散元方法对边坡失稳后的影响范围进行了数值模拟,在此基础上进行了承灾体易损性分析及定量风险计算,最后采用ALARP准则进行了风险评价。研究表明,考虑地震危险性条件下,扎拉水电站厂后倾倒变形边坡在50 a设计基准期内失稳概率为0.0619;边坡对水电站地面厂房存在较大威胁,相应财产风险为5482万元;根据ALARP准则,边坡风险处于不可接受区,需采取措施防范或规避风险。研究成果对于边坡治理工程决策及风险管理具有指导意义。

武汉二七长江大桥施工安全风险因素频数权重层次分析

为了科学、客观地确定桥梁施工安全风险因素的权重,把握好影响桥梁施工的主要因素,有效控制桥梁施工风险,提出将两个因素的频数比作为各因素之间相对重要度构造判断矩阵,求得指标权重。通过对武汉二七长江大桥施工期安全检查表的数据频数进行统计分析,以风险因素频数比构造判断矩阵,应用Matlab进行计算,验证判断矩阵的一致性,确定各指标的权重排序,得出承台、安全网及防护围栏、大型设备交叉作业、吊机和混凝土工程为影响桥梁施工安全的主要因素,为今后桥梁施工安全管理提供参考。

预裂缝充水环境下减振效果研究

为研究预裂缝充水对减振效果的影响,运用ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,对有、无预裂缝及预裂缝充水高度不同的台阶爆破进行了数值模拟,获得预裂缝后质点峰值振动速度。对比分析不同情况下的预裂缝后质点峰值振速,结果表明:预裂缝充水小于0.2倍预裂缝深度时,充水对减振效果影响小,减振率降低约3%,预裂缝后质点峰值振速衰减符合指数关系;预裂缝充满水时,充水对减振效果影响大,减振率降低约30%,预裂缝后质点峰值振速衰减符合萨道夫斯基公式。因此,工程实际中应避免预裂缝中大量充水。

支撑部非对称雷达站塔的爆破拆除及数值模拟

介绍了一座32m高支撑部非对称雷达站塔的定向爆破拆除工程。通过对雷达站塔自身结构特点及周边环境的分析,为了确保起爆后雷达站塔沿设计方向顺利倒塌,选择合理的爆破切口参数,预先采用ANSYS/LS-DYNA软件针对支撑部强度非对称雷达站塔进行纠偏设计。最终,爆破拆除的雷达站塔倒塌在设计范围内,四周建(构)筑物和设施完好无损。该雷达站塔的爆破拆除在安全和质量上都达到了预期效果,可为类似爆破工程提供经验。

边坡稳定性可拓聚类方法研究及应用

根据具体边坡稳定性的主要影响因素建立了边坡稳定性分级评判标准,为充分体现各因素的影响,引入了可拓聚类方法,该方法计算方便,实用性较强,为边坡的稳定性评估提供了新的参考。

不同工况下挂帮矿回采诱发边坡失稳的数值模拟研究

为探究无底柱分段崩落法开采挂帮矿对露天边坡稳定性的影响,以湖北某铁矿挂帮矿开采为工程背景,分析边坡在不同边坡倾角、矿体倾角和矿体埋藏深度等条件下坡体内第一主应力演变过程和裂纹扩展过程。结果表明:随着边坡倾角、矿体埋藏深度增加,塌落的松散岩体体积逐渐增大;随着矿体倾角增大,塌落的松散岩体体积呈现为先增大后减小的趋势。矿体倾角和矿体埋深一定的条件下,边坡倾角大于40°时的采空区不能完全容纳松散岩体;边坡倾角和矿体埋深一定的条件下,矿体倾角小于30°时的采空区不能完全容纳松散岩体。

复杂应力条件下不同锚杆支护的巷道稳定性

以金川集团三矿区1 110 m分段掘进巷道为工程背景,为解决巷道破坏严重、返修率高的难题,采用FLAC^(3D)数值模拟软件,对涨壳式中空预应力锚杆和全长砂浆锚杆的支护效果进行了数值分析,比较了2种锚杆支护在最大水平主应力与巷道轴线呈不同夹角或相同夹角、最大水平主应力大小不同等条件下的巷道变形、围岩应力场、塑性区以及应力集中系数的差异。通过与现场试验数据进行对比,发现采用涨壳式中空预应力锚杆支护的巷道,在控制巷道两帮位移方面,其效果要好于全长砂浆锚杆支护的巷道;采用了涨壳式预应力锚杆支护的巷道周边受力更加均衡,有利于巷道的长期稳定,能延长巷道的维修周期,降低巷道返修率。

基于Surpac的金昌石墨矿露天转地下优化设计

以金昌石墨矿为研究对象,建立矿体的地表模型、矿体模型和块体模型,并对矿体进行储量估算和品位报告。详细总结了该矿山露天转地下开拓方案和开采方案,论证了Surpac软件的技术优势和应用前景。

基于“深地-地表”联动的深地科学与地灾防控技术体系初探

地球是已知的唯一适合人类生存的行星,揭示地球深部奥秘对于人类生存与发展具有重大意义。随着人类社会的快速发展,地震地质灾害频繁发生,深地工程动力灾害事故更加凸显,且机理不清,难以预测和有效防控,其根本原因在于,人类无法准确认知地球科学基础规律及地球深部过程与浅表层过程的耦合关系;现有地球深部基础科学研究已滞后于人类深部工程实践活动,传统地质灾害信息的浅表监测存在较大局限。在此基础上,开展深地科学探索与地质灾害防控联动技术研究对解决资源保障、生命演化与可持续发展等重大科学问题具有重要意义。“深地-地表”联动战略体系以深入理解深地科学与地质灾害内在联系,进行深地科学与地质灾害领域的超前战略谋划为核心目标,通过基于典型深部工程的“深地-地表”联动科学研究平台,充分关联中国广布的地表灾害信息监测群和纵深的深地科学实验室、矿区及深地工程示范基地,借助区块链大数据技术,建设“深地-地表”智慧中心,统筹不同区域、不同类型、不同深度研究平台;最终,在此基础之上,以“深地-地表”联动为核心,建设“深地-地表”地灾防控联动探测大科学系统,全面构建深地科学规律及重大地质灾害孕灾机制战略研究体系,服务全国乃至全球的深地科学前沿探索、深地工程的安全与长期稳定性、重大地质灾害预警与防控,助力中国领跑世界深地科学和地质灾害的相关领域研究。