基于正交试验的煤岩相似材料最优配比研究

目的为了探寻煤岩相似材料最优配比,方法以赵固一矿煤样的自然视密度、单轴抗压强度、弹性模量为模拟指标,采用正交设计法开展相似材料配比试验。选用碳酸钙、水泥、细河砂、煤粉、蒸馏水为原料,以骨料与胶结剂质量比、胶结剂成分间质量比、骨料成分间质量比和掺水率为控制因素,按照4因素3水平正交配比方案制备了9组相似材料。结果试验结果表明:不同配比下相似材料物理力学参数变化较大,各因素对模拟指标影响规律性强,且骨胶比对相似材料各模拟指标起控制作用,自然视密度、单轴抗压强度、弹性模量均随骨胶比增加而显著下降。通过多元线性回归分析得到相似材料最优配比为碳酸钙∶水泥∶河砂∶煤粉∶水=1∶4∶0.9∶5.8∶3.3,经验证,使用该配比制作的试样在物理力学参数、单轴压缩曲线和破坏形态上能够很好地模拟原煤。结论该研究采用理论与试验相结合的方法寻找最优配比有效可行,可为煤岩相似材料领域研究提供一定借鉴。

树脂锚固结构传力规律及破坏机理试验研究

为探究煤巷树脂锚杆承载时锚固结构内部传力规律及其破坏机理,通过制作锚固模型开展了室内拉拔加载试验。试验中,使用压力与位移传感器记录锚固模型的荷载-位移关系曲线;使用应变片、静态应变仪监测锚杆及围岩内部各测点的应变数据。研究结果表明:锚固模型的荷载-位移关系曲线可分为弹性变形阶段、损伤脱黏阶段及完全脱黏阶段,破坏形态为锚固剂-围岩界面滑移脱黏与围岩开裂混合破坏;锚杆轴力与锚固界面剪应力值沿锚固方向大致呈负指数衰减,在锚固端部附近达到最大;锚固段围岩轴向截面上的应力随距锚孔距离的增大而减小,当距孔口距离相同时围岩轴向应力沿锚固方向单调递减,锚端孔口附近应力最大。最后基于传力规律总结了树脂锚固结构的5种破坏模式及对应的发生条件。

岩石非线性蠕变损伤模型的研究

在非线性黏弹塑性流变模型的基础上,根据时效损伤和损伤加速门槛值的特点,建立了非线性蠕变损伤模型,并通过对锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞板岩剪切流变试验验证了模型的正确性。研究表明,这种非线性蠕变损伤模型,不但能很好地反映岩石蠕变全过程,而且,也能合理地描述不同应力下板岩的初始蠕变损伤、稳态蠕变损伤和加速蠕变损伤。

一种新的非线性粘弹塑性流变模型

根据岩石蠕变条件下裂纹扩展特性,在前人研究的基础上建立了一个能反映加速蠕变阶段的非线性粘弹塑性流变模型,该模型能描述蠕变变形的3个阶段,即初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变。结合锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞板岩剪切流变试验结果,通过编写变尺度法(DFP)算法,辨识流变模型参数,结果表明作者提出的非线性粘弹塑性流变模型是正确的。

锦屏深埋长大引水隧洞围岩蠕变特性仿真分析

针对锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞围岩蠕变特性研究,对锦屏二级水电站的板岩进行了长达两个月的长期剪切流变试验。应用FLAC3D软件中粘弹塑性本构模型(Cvisc模型),对模拟结果进行分析,隧洞开挖后,围岩变形和应力均迅速变化,持续50天左右,围岩变形趋于某一稳定值,隧洞断面收缩量达3.5%左右,说明隧洞板岩具有硬质和完整的结构,其变形量不大,围岩变形均随时间增长而逐渐趋于收敛状态。

基于三轴蠕变试验砂岩非线性蠕变模型研究

针对观音堂煤矿2506工作面顶板坚硬砂岩三轴蠕变试验结果,引入能反映蠕变加速阶段的多项式元件,通过其与鲍埃丁模型串联,建立了新的坚硬砂岩非线性黏弹塑性蠕变模型,它能用统一数学表达式描述轴向、横向蠕变全过程。利用砂岩15 MPa围压下轴向分级加载蠕变试验数据,对建立的蠕变模型进行参数反演,获得了该模型蠕变参数。通过对砂岩三轴蠕变试验曲线拟合,验证了本文提出非线性蠕变模型的正确性及合理性。

T形截面钢管混凝土异形柱承载机理数值分析

基于混凝土的塑性损伤模型和钢材的应变硬化模型,对普通T形截面钢管混凝土异形柱(CCFTTS)和双钢管焊接T形截面混凝土异形柱(DCFTTS)在轴向荷载作用下的力学性能进行了数值分析。模拟分析结果表明这两种构件都有类似的失效模式,即钢管都向外发生了屈曲变形。研究发现DCFTTS相比于CCFTTS有着较高的力学性能,因为DCFTTS对混凝土提供更高的侧向约束力。参数分析进一步表明钢管的壁厚、混凝土强度、钢管和混凝土接触面之间的摩擦系数对构件承载力的影响。

基于CT扫描单轴压缩下注浆体试块裂隙动态演化过程试验研究

为了研究注浆体在荷载作用下裂隙动态演化过程,以级配砂砾注浆试块为研究对象,利用CT扫描系统对其单轴压缩破坏过程进行阶段性扫描。通过图像重构技术实现注浆体试块内部裂隙结构空间可视化,定量表征裂隙数目和体积等结构特征参数;采用Python编程对CT切片的灰度值和分形维数进行计算,分析试块不同阶段的细观损伤程度。结果表明:整个压缩阶段,注浆体试块内部裂隙体积呈现缓慢上升-缓慢下降-缓慢上升-急速上升趋势,裂隙数目呈现先增大后减小的趋势;裂隙扩展遇到砂砾时,多为绕砾扩展,少数情况出现穿砾扩展,裂隙分叉扩展多发生在水泥基体与砂砾的界面处;按试块内部裂隙演化过程可将破坏分为4个阶段:初始缺陷扩张阶段、压密阶段、裂隙加速扩展阶段和裂隙贯通阶段;试块同一阶段同层切片的损伤变量与分形维数在数值上呈现一定的正相关性,与其裂隙体积演化趋势相似。研究成果可为深入研究注浆体失效过程及裂隙演化规律提供参考依据。

城市地下空间工程专业毕业设计教学改革探讨

毕业设计在高校综合性实践教学环节中占据重要一环,其质量的好坏不仅检验毕业生质量,还是衡量学校本科教学质量的重要依据。如何培养高水平城市地下空间专业业生,解决城市地下空间工程现场技术难题。本文针对城市地下空间工程方向毕业设计中存在诸多问题,分析其形成原因、影响后果,提出具体实践改革措施。这些改革措施对提高该专业本科毕业论文质量有一定借鉴意义。

透明类岩石巴西劈裂裂纹扩展过程

针对岩石内部变形破裂演化过程无法直接观测的问题,提出了一种非均质各向异性的透明类岩石制备方法。通过室内巴西劈裂试验及颗粒流程序(particle flow code,PFC)数值模拟,对其应力-应变曲线特征及劈裂过程中内部裂纹演化过程进行了研究。结果表明:透明类岩石圆盘试样具有脆性岩石的特征,破坏模式为主裂纹沿加载方向贯通劈裂,主裂纹呈圆弧状分布,且偏离圆盘中心;主裂纹经过内部破碎玻璃砂时,直接穿过玻璃砂,经过未破碎玻璃砂时,沿玻璃砂边缘延伸;PFC^(2D)模拟的裂纹增长曲线分为3个阶段,即无裂纹阶段、裂纹缓慢增长阶段、裂纹急剧增长阶段;模拟的应力-应变曲线、破坏模式和裂纹扩展过程均与试验结果相似。

基于校企合作的城市地下空间系毕业实习改革

2015年十三五规划提出了提高高校教学水平和创新能力,推进产教融合、校企合作。可见校企合作在促进大学生的个性发展和全面发展中,其作用不可忽视,自此,高校发展将进入新的篇章。本文分析了当前我国高校城市地下空间系毕业实习的重要性及存在的问题,提出了要想提高本科毕业实习教学质量,校企合作是个快速有效可行的方案。

岩体初始地应力场的粒子群优化反演及在FLAC^(3D)中的实现

岩体初始地应力对于地下工程的稳定性和仿真计算都十分重要,了解工程区域中的岩体初始地应力大小和分布情况通常采用现场测量和反演计算相结合来实现。粒子群优化算法是一种很好的优化反演方法,具有算法简单、收敛较快、容易实现等特点;而FLAC3D适用于大多数工程力学问题,并得到了国内外广泛认可和应用,而且内嵌有FISH语言,容易进行二次开发。因此,在研究粒子群算法原理以及地应力反演方法的基础上,利用FISH语言研制了基于粒子群算法的岩体初始地应力反演程序,并对锦屏二级水电站岩体初始地应力进行反演研究。工程实例表明,在FLAC3D中运用粒子群算法对岩体地应力反演简单易行而且精度较高,反演结果可靠。

下伏采空区隧道变形稳定性与治理数值分析

在采空区上方修建铁路隧道时,隧道围岩的稳定性与地下采空区必然产生相互影响。针对某铁路隧道下伏采空区的实际情况,采用FLAC3D数值分析平台,对隧道围岩变形和采空区治理措施进行模拟分析。模拟结果表明,与无下伏采空区情况相比,下伏采空区的存在对隧道拱顶部位围岩沉降量及水平应力影响较大,大小分别由18.00 mm、3.50 MPa增大到30.75 mm和4.00 MPa,增幅分别约为71%和15%,模拟得到的结果与工程中实际存在的情况基本吻合;同时提出的采空区隧道综合治理方案是可行的,可以取得良好的治理效果,位移沉降量降幅达到了40%,可为类似工程提供参考。

基于塑性强化和粘性弱化的岩石蠕变模型

为更好地描述岩石蠕变行为,特别是第2和第3期蠕变过程,基于岩石蠕变机理,在粘塑性元件中引入塑性强化函数和粘性弱化函数,建立了岩石的非线性蠕变模型.对圆柱形砂岩试样进行的单轴压缩蠕变试验表明,所建立的模型对试验数据的拟合程度较高(相关系数达0.98),能较好地描述岩石蠕变的全过程.

基于粒子群-最小二乘法的岩石流变模型参数反演

为解决参数数量随加载级数增加而成倍增加,对参数反演带来困难这一问题,在分级加载蠕变模型中,根据粒子群算法和最小二乘法对参数反演的特点,先采用粒子群算法(PSO)对模型参数进行反演得到一个全局次优粒子,再将其作为初始值对模型参数进行最小二乘法反演。工程实例表明,粒子群-最小二乘法反演可以很好地应用于分级加载蠕变模型的参数反演。

一种非定常参数的岩石蠕变本构模型

在前人的研究基础上提出了一种新的非定常参数的岩石蠕变模型,该模型由一个牛顿体和一个类似于开关的SO元件并联后与一个广义Kelvin体串联,通过SO元件的作用,新模型可以在Burgers模型与广义Kelvin模型之间切换,并将Burgers模型中牛顿体的粘滞系数η1看成与时间有关的非定常参数,使得模型不仅可以反映稳态蠕变过程也可以反映加速蠕变过程.

埋深对软岩圆形巷道变形破裂规律的影响分析

为研究埋深对深部岩体稳定性的影响,采用离散颗粒元软件PFC^(3D)和透明岩体实验技术对不同埋深下圆形巷道周边岩体的变形破裂时空演变规律展开研究。研究结果表明:(1)不同埋深条件下,圆形巷道顶底板岩体与帮部岩体都会约在模型两个对角线方向上发生水平交错分离现象;(2)巷道周边岩体的径向位移都与其距巷道表面的距离呈指数衰减式分布,且随着埋深的增大,巷道周边岩体的连续性变形现象将越来越不明显;(3)随着巷道埋深的增加,巷道两帮岩体破裂逐渐往深处及拱顶底方向扩展,导致巷道顶底部岩体会因在拱腰处"立足不稳",形成"X"型破裂;(4)巷道岩体裂纹总数和横断面岩体裂隙分形盒维数分别与巷道埋深呈指数增长和线性增长关系。

碳纤维增强聚合物水泥注浆材料力学性能及其微观机理

针对松散破碎巷道控制问题,普通水泥注浆存在诸多缺陷,且水泥颗粒不能注入半径小于0.2 mm的孔隙或者裂隙中。本文采用碳纤维、聚合物以及超细水泥制备试块,通过单轴压缩试验及巴西劈裂试验确定注浆材料的最佳配合比。试验结果表明,当碳纤维掺量为水泥掺量的1.0%(质量分数)时,水泥砂浆试块性能最佳。采用电子扫描显微镜(SEM)确定试块微观结构,结合聚合物成膜的Ohama模型和Konietzko模型,分析其微观结构形成过程及碳纤维失效模式,揭示碳纤维增强聚合物水泥注浆材料微观增强机理。本文为降低深部破碎煤岩巷道维护成本,实现深部开采可持续发展提供了技术支撑。

真三轴条件下Q_3原状黄土的力学特性

为了模拟实际工程中黄土在不排水条件下的破坏,在控制含水率不变条件下,利用非饱和土真三轴仪对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了等向固结试验和不同中主应力参数b值的剪切试验,研究了非饱和原状黄土的力学特性。研究结果表明:真三轴等向压缩屈服应力随着初始吸力的增大而增大,吸力随着净平均应力的增大而减小,净平均应力对吸力的影响程度随着初始吸力的增大而增大。不同b值条件下,广义剪应力和净平均应力破坏状态线近似呈平行直线关系,广义剪应力和有效净平均球应力试验点可归一为饱和土的排水剪切破坏状态线;剪切破坏时吸力随着b值的增大基本呈线性增大趋势;孔隙比和净平均应力对数临界状态线近似呈线性平行关系,其斜率比饱和土大,且大于等向压缩屈服前的斜率;非饱和土孔隙比和有效净平均球应力对数临界状态线与饱和土的临界状态线近似呈线性平行关系;不同净围压条件下,不同b值非饱和土与饱和土的破坏状态孔隙比的比值与气体饱和度的试验点分布于1.0～1.2的直线带内,但同一净有效球应力条件下可以归一为一条非线性曲线。

锚杆支护组合梁方法的改进及其应用

基于锚网钢梯 (钢带 )组合支护形式的整体作用效果 ,建立了锚杆长度和间排距之间相互依赖的关系 ,对已有的组合梁设计计算方法进行了改进 ,并在不同条件下的回采巷道锚杆支护中得到了成功的应用。