城市地下不规则采空区的超载破坏模型试验

为研究某城市地下小型采空区的岩层稳定性,采用三维相似模型方法,对城市潜在地质灾害问题进行了超载破坏试验研究。根据相似模拟理论,以中粗河砂为骨料配置了相似材料,采用砌筑法建立了相似模型。对岩层进行逐级竖向加载至破坏,同时监测了地表位移、矿柱和岩层顶板的应变变化,并采用内窥镜拍摄了顶板和矿柱的破坏演变过程。计算分析了岩层表面的位移、曲率变形、顶板的应变,及矿柱的破坏随荷载增加的变化曲线。综合几个方面来分析岩层的稳定性。试验结果表明:①岩层表面荷载小于2MPa时,岩层表面变形很小,属于稳定状态;2MPa后岩层变形呈随荷载迅速增大的状态,并表现出明显的不均匀变形特征。②岩层表面荷载不超过1.2MPa时,顶板应变处于线性小变形阶段,属于稳定阶段;而后顶板应变随岩层表面荷载迅速增加,当荷载增大到5MPa时,应变曲线上出现明显的拐点,顶板开始出现破坏现象。③根据影像记录,顶板先于矿柱出现受拉裂缝破坏,而后矿柱出现剪切破坏现象。因此,未来的破坏模式必将是顶板先于矿柱出现拉裂缝破坏现象,所以要从防止顶板拉裂的角度来控制岩层的稳定性。综上所述,最终确定岩层表面瞬时荷载为1.2MPa,并且在未来的开发设计中,应充分考虑该区域岩层因存在地下不规则采空区而导致的不均匀变形问题。

城市浅部双层不规则老采空区岩层稳定性试验

为研究某城市地下双层不规则老采空区岩层的承载能力,采用三维相似模型方法对其进行了试验评估.根据相似模拟理论,选用河砂类相似材料,采用砌筑法建立了相似模型.对岩层进行逐级竖向加载试验,监测了岩层位移、矿柱和顶板应变的变化,同时采用内窥镜拍摄了顶板和矿柱的破坏演变过程.结果表明:随着岩层表面荷载的增加,上层采空区顶板经历了稳定变形阶段、不均匀变形阶段,最终进入局部破坏阶段.根据影像记录:该区域上层采空区顶板先于矿柱出现受拉开裂破坏,然后矿柱出现剪切破坏现象.下层采空区由于开采规模较小,对该区域岩层稳定性影响甚微.因此,要从防止顶板拉裂的角度来控制岩层的稳定性,并建议地表荷载不超过0.7 MPa.

基于XFEM的切槽炮孔定向断裂爆破数值模拟

应用ABAQUS扩展有限元(XFEM)模拟了切槽炮孔定向断裂爆破时爆生裂纹沿切槽方向和非切槽方向的起裂、扩展和止裂。结果表明:切槽方向爆生裂纹的起裂时间比非切槽方向早10μs;裂纹扩展速度较非切槽方向具有明显的阶段性,可分为加速扩展、失稳扩展和减速扩展3个阶段;裂纹的止裂时间比非切槽方向晚60μs。在裂纹扩展阶段,切槽方向在失稳扩展阶段爆生裂纹的平均速度为1343 m/s,非切槽方向爆生裂纹的平均速度为600 m/s,仅为切槽方向爆生裂纹平均速度的44%,说明切槽有利于爆炸能量释放,增加爆生裂纹的扩展速度。切槽方向和非切槽方向爆生裂纹扩展的平均距离分别为124 mm和45 mm,说明切槽对爆生裂纹的扩展有明显的导向作用。XFEM能够正确模拟切槽爆破爆生裂纹的扩展,具有广阔的应用前景。