基于非线性Baker破坏准则的地下硐室三维上限极限分析

将广义非线性Baker破坏准则与上限极限分析法相结合,研究地下硐室围岩稳定性。通过扩展地下硐室二维破坏模式,建立一种三维破坏模式;基于建立的三维破坏模式,给出围岩压力上限表达式。在分析尺度参数、曲率参数、位置参数和侧压系数对围岩压力的影响前,通过一系列实例验证该方法的有效性。根据研究结果,确定地下硐室的破坏范围。得到以下结论:(1)采用本文提出的方法预测的围岩压力比基于Mohr-Coulomb破坏准则预测的围岩压力更精确;(2)尺度参数、曲率参数、位置参数和侧压系数越大,围岩越稳定;(3)根据上限解可以预测三维模型的破坏范围。

深埋地下硐室破坏模式与围岩压力上限解

为了获得更合理的深埋地下硐室破坏模式和更精确的深埋地下硐室围岩压力,在分析研究已有深埋硐室破坏模式的基础上,构建"楔形塌落体+转动圆弧体"的深埋硐室破坏模式。运用非线性Mohr-Coulomb破坏准则(即M-C破坏准则)下的极限分析解析法,推导得到"楔形塌落体+转动圆弧体"破坏模式的围岩压力表达式。通过数值模拟、理论验证和工程实践对比,证明改进后硐室破坏模式的合理性和采用极限分析非线性理论计算围岩压力的可靠性。根据该硐室破坏模式,研究各参数对围岩压力的影响。研究结果表明:围岩压力随着非线性系数的增大而增大,随着侧压系数和内摩擦角的增大而逐渐减小;非线性系数和侧压系数对围岩压力的影响明显大于内摩擦角对围岩压力的影响;通过减小非线性系数、增大侧压系数和选择内摩擦角较大的围岩进行开挖可有效提高围岩稳定性。

运用非线性Mohr-Coulomb破坏准则分析尾矿坝稳定性

为了获得尾矿坝上限安全系数,采用切线法将非线性Mohr-Coulomb破坏准则与极限分析上限法相结合,基于尾矿坝对数螺旋破坏模式,建立了基于极限分析上限定理的尾矿坝非线性安全系数上限分析模型。以某尾矿坝为工程背景,求解得到了不同非线性系数和抗拉强度下的安全系数。结果表明,尾矿坝的安全系数随着非线性系数和抗拉强度的增大,呈递减趋势。在满足尾矿坝设计安全的前提下,运用尾矿坝上限非线性安全系数数学模型,反演设计参数,根据反演结果可优化设计方案。

黄金洞金矿深部找矿方向研究

黄金洞金矿因长期采掘,面临资源接替问题。根据矿区地质概况、成矿机制、成矿规律、成矿模式等内容,对黄金洞金矿深部成矿规律进行了分析研究,得出本矿区金矿的成矿规律属于区域变质热液型,并对黄金洞金矿的找矿进行了预测,在矿区内确定了3个级别共11个找矿靶区,为黄金洞金矿的找矿问题指明了方向,为解决矿山资源接替带来了新的希望。

隧洞爆破开挖围岩损伤阈值

以台山核电站取水隧洞爆破掘进工程为实例,通过现场爆破振动试验及监测、现场声波试验,结合动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对爆破开挖过程进行模拟。采用智能爆破测震仪TC-4850监测得到了隧洞爆破时岩石质点爆破震动的质点峰值震动速度、震动速度主频。提出以爆破振动速度表征的台山核电站取水隧洞爆破掘进围岩损伤安全阈值,即将距离爆源20 m处质点振动速度峰值控制在1.5 cm/s以内来确保爆破对围岩的破坏。

尾矿综合利用现状与矿山可持续发展

目前,我国尾矿的现状是尾矿堆存量大、产出速率快、利用率低、管理不善,导致尾矿造成的危害越来越严重.尾矿综合利用的主要方法有二次选矿,尾矿发泡输送技术,作建筑材料,充填采空区,加工矿物肥料或改良土壤,尾矿土地复垦.同时,解决好尾矿问题是实现矿山可持续发展的重要部分,解决尾矿问题的途径可从革新原有尾矿的利用技术与方法,完善管理制度与加大资金支持,改变传统观念入手,使矿山的发展走资源-产品-效益-科技-环保的可持续发展之路.

遍布节理试样压剪加载下的力学特性及声发射特征研究

节理岩体的力学性质对指导工程设计、施工具有重要的意义。为研究组合节理参数对遍布节理试样的力学性质影响,采用类岩材料预制不同节理倾角、间距的遍布节理试样并进行压剪试验。根据高清相机记录的不同节理试样的破坏特征,试样的破坏模式可分为平面剪切破坏、类完整性剪切破坏和斜剪切破坏,节理间距会改变试样的破坏模式而节理倾角对试样的破坏模式有关键性影响。分析不同节理参数试样的峰值剪切强度,遍布节理对试样的弱化程度达到15.95%~56.62%,节理试样的峰值剪切强度随着节理间距的增大逐渐增强而随着节理倾角的增加先增后减。此外,采用声发射设备实时监测试样加载过程以分析不同节理参数试样的声发射特征。在压密阶段,节理试样的声发射最大撞击数随节理间距减小而增大。声发射峰值能量随节理间距减小而减小,但均值能量随节理间距减小而增大;试样的峰值能量和均值能量随节理倾角增大均呈现先增大后减小的规律。

泥质粉砂岩蠕变特性及非线性蠕变模型研究

为揭示地下岩体非线性蠕变力学特性,对中风化泥质粉砂岩开展分级单轴加载蠕变试验。泥质粉砂岩典型蠕变曲线可划分为减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变阶段,使用给定蠕变速率阈值法求得的岩石长期强度为14.3 MPa。为了描述岩石非线性蠕变特性,引入了一个与时间应力水平相关的非线性黏塑性元件,将其与广义Kelvin体和带开关的黏性体串联,得到了改进的非线性黏弹塑性蠕变模型。使用Origin平台的Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法反演得到模型的蠕变力学参数,通过将广义Kelvin蠕变模型、伯格斯蠕变模型和改进黏弹塑性蠕变模型与试验曲线进行比较,分析了各自的适用特点。结果表明:本研究提出的改进黏弹塑性蠕变模型可以较好地描述中风化泥质粉砂岩加速蠕变阶段特征,揭示了泥质粉砂岩的非线性蠕变力学特性。

基于隧道爆破设计模型的光面爆破参数

光面爆破效果高度依赖炮孔直径、岩石普氏系数、隧道断面和裂隙与隧道轮廓之间的间距等初始爆破参数。本文提出一种能够实现Delphi程序语言与AutoCAD对接的算法,基于提出的算法开发了一种隧道爆破设计模型。该隧道爆破设计模型能够实现以AutoCAD为平台的隧道光面爆破自动设计。在炮孔直径和隧道断面变化的条件下,研究了岩石普氏系数和裂隙间距对炮孔数量和单位炸药消耗量的影响,给出了一组高度相关方程。研究结果表明,单位炸药消耗量随着岩石普氏系数、裂隙间距和炮孔直径的增加而增加,但是随着隧道断面积的增加而减小。此外,炮孔数量随着隧道断面积的增加呈线性增加,但是随着炮孔直径的增大而减小。

A new failure mechanism for deep cavity and upper bound solution of supporting pressure

The investigation of supporting pressure is of great significance to the design of underground structures.Based on the kinematical approach of limit analysis,an improved failure mechanism is proposed,and the supporting pressure is investigated for deep buried cavity.Three failure mechanisms are first introduced according to the existing failure mechanisms of geotechnical structures of limit analysis.A comparison with respect to the optimal failure mechanisms and the upper bound solutions provided among these three mechanisms are then conducted in an attempt to obtain the improved failure mechanism.The results provided by the improved failure mechanism are in good agreement with those by the existing method,the numerical solution and field monitoring,which demonstrates that the proposed failure mechanism is effective for the upper bound analysis of supporting pressure.

不同应力上限和加载速率下的黄砂岩疲劳特性研究

为研究黄砂岩单轴疲劳加载的特性,开展了不同应力上限和加载速率下的单轴疲劳荷载试验。试验结果表明:黄砂岩的疲劳试验曲线受到单轴压缩应力—应变曲线的控制,疲劳极限变形与峰后对应变形一致;砂岩疲劳过程的不可逆变形和耗散能密度均具有三阶段演化规律,依据倒“S”型损伤模型,验证了黄砂岩疲劳损伤三阶段演化规律;分析认为三阶段规律的本质是砂岩的塑性变形和内部孔隙微裂纹生成以及扩展速度的不同所呈现的结果。研究表明应力上限和加载速率对疲劳寿命有显著影响,根据所得应力—寿命公式,可以估计砂岩在一定条件下的疲劳寿命。

20 MN大尺寸岩体三向五面试验系统研制与应用

为扩展高应力条件下大尺寸岩体类材料力学特性研究,中南大学和上海华龙测试仪器有限公司联合研制YJW–20000S型微机控制电液伺服三向五面加载试验系统,该试验系统能够实现大尺寸岩体试样的动静组合加载、单面及多面卸载测试,用以模拟在岩爆等复杂应力条件下岩体的力学行为。通过对400 mm×400 mm×400 mm的类岩试样进行真三轴疲劳扰动加卸载试验及三向五面试验,结果表明试验系统能够满足功能及准确可靠性的要求。基于该试验系统开展400 mm×400 mm×400 mm和400 mm×400 mm×800 mm两种大尺寸花岗岩的单轴压缩试验研究,分析大尺寸花岗岩试样的应力–应变曲线特征、应力阈值、尺寸效应和端部效应。结果表明:大尺寸花岗岩的4个应力阈值分别为初始微裂纹和微孔隙闭合应力(0.37σ_(c))、新生裂纹起裂应力(0.54σ_(c))、损伤应力(0.73σ_(c))、峰值强度(σ_(c)),试验结果与小尺寸花岗岩的理论预测结果相一致;大尺寸花岗岩试样的单轴抗压强度值比基于尺寸效应规律得到的理论值更小;端部效应导致试样侧面横断面上的轴向应变呈现沿中心向两边逐渐减小的规律,并低于试样中部的轴向应变值;靠近试样侧面中心纵断面上,距离端部越远轴向应变值越小;靠近侧面的边界面上,距离端部越远轴向应变值反而越大。该系统为深入研究大尺寸岩体试样在复杂应力环境下的力学行为提供了一种可靠的技术。