可拓工程方法在地下工程岩爆预测中的应用

在系统分析了影响岩爆发生的相关因素的基础上,结合地下工程实际,采用可拓综合评判方法,针对性地选取了3个评价指标,应用物元概念和关联函数,建立了岩爆预测的物元模型,对岩爆的发生与否及其烈度进行预测。结合国内外一些典型岩石地下工程实例进行分析计算,通过实际预测分析对比表明,该模型评价结果可靠,精度较高,具有较好的适用性,表明该模型在岩爆预测中有着良好的应用前景。

国际深部地下实验室岩体原位力学响应研究综述

深部地下实验室(undergroundresearchlaboratory,URL)已成为国际上基础性重大科学研究的重要平台,为物理、生物、地球化学、医学、岩石力学等学科发展提供了不可或缺的支撑。深部地下实验室的岩体力学响应和稳定性是岩石力学学科需要回答的关键基础问题,目前国内外基于已建与在建的地下实验室开展了大量岩石力学问题研究,保障了地下实验室的安全建造和运行。本文对国内外多个地下实验室的建设情况进行综述,阐述国际深部地下实验室在围岩力学行为测试与监测、开挖损伤区分析、力学模型和数值模拟方法等方面开展的研究工作,分析当前地下实验室相关研究成果的亮点和局限性,总结地下实验室建设和运行过程中面临的岩体力学响应关键问题,探讨深部地下实验室的岩石力学问题未来研究方向。

深部岩体热力学效应及温控对策

随着开采深度的加大地温越来越高，高地温引起的深部岩体热力学效应引发许多深部矿山开采的次生灾害，有必要研究高温矿井相关的岩石力学问题。首先提出我国深部矿井地温场的3种模式即线性模式、非线性模式和异常模式；然后通过室内试验，研究温度对深部岩石强度和吸附气体逸出的影响，试验结果表明，随着温度的升高，煤岩强度和弹性模量显著降低，同时吸附瓦斯变为游离瓦斯而逸出，这是引起煤矿塌方和瓦斯灾害的重要内在原因；同时，在概述国内外温控技术基础上，提出以矿井涌水为冷源的HEMS降温原理及技术，形成3种典型温控模式及其设备系统。现场降温试验系统运行后效果良好，工作面温度控制在29℃以内，工作面温度降低5℃～12℃，相对湿度降低5％～15％；针对目前国内外矿井降温系统尚无有效性评价问题，提出矿井降温系统有效性评价的参数体系及方法。

深部大断面软岩巷道变形力学机制及耦合支护设计

为解决煤矿深部大断面软岩巷道的支护难题,基于鹤煤九矿-420 m水平变电所地质条件的复杂性和工程重要性,采用现场地质调查、室内试验、理论分析、数值模拟和现场监测等方法,根据深部的概念体系和评价指标对其支护难度进行了评价,根据软岩工程力学理论确定了巷道围岩的类型和变形力学机制,提出了相应的控制对策和具体的支护设计形式、支护参数及合理的施工过程.结果表明:锚网喷+锚索+钢带+底角锚杆耦合支护形式可有效控制深部大断面软岩巷道的大变形,确保巷道的稳定和安全使用.

深部工程围岩特性及非线性动态力学设计理念

资源、人口和环境是21世纪的主旋律。随着资源开发和工程建设的不断发展,开挖深度日趋加深,数千米深的地下工程屡见不鲜。随之出现了深部围岩独特的力学特性以及对经典理论的严峻挑战。综述了国内外关于深部围岩特性和设计方法的研究现状,并提出了今后的发展方向。

深埋隧道层状围岩变形特征分析

层状岩体在地下工程中经常遇到的,它具有明显的各向异性力学性质。结合共和隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对层状岩体的破坏特征进行了分析,研究结果表明:围岩的变形位移、破坏区都主要集中隧道拱顶右侧,即靠河侧大于靠山侧。隧道围岩变形破坏区不在最大主应力方向上,而是在岩体层理垂直方向。层状岩体中洞室变形破坏特征除了因地形产生的偏压影响外,更重要的是受地层结构特征的影响,即与层状岩体的力学性质极大相关,其结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。

基于三维路线精测方法确定深部工程岩体强度

在深部采矿工程中,针对岩石质量指标RQD(rock quality designation)存在的问题,提出了先按岩性的不同将岩体进行岩组RG(rock group)划分,再对不同岩组分别进行三维RQD指标量测的方法。基于路线精测方法,通过对孔庄煤矿深井工作面不同岩组进行三维RQD实测和统计分析,得到了在岩石单轴抗压强度基础上深部节理化岩体强度折减系数,并由换算公式确定了工程岩体的等效强度。研究成果有助于对深部岩体结构特性进行定量化评价,为合理确定深部岩体的强度提供新的思路。

对煤矿深部岩巷围岩稳定与支护几个关键问题的认识

在总结近几年国内外有关研究成果的基础上,结合在淮南矿区进行的深部岩巷围岩稳定控制与支护研究,认为煤矿深部岩巷围岩稳定受高地应力、高渗透压力和温度梯度控制,与围岩内部潜在滑移面呈±22.5°布置的高初锚力、超高强锚杆支护并辅助以注浆固结、能量释放等措施可有效控制围岩稳定。

不同采深采厚比采动岩体损伤变化规律相似模拟

在采空区上方修建构筑物地基稳定性评价是目前岩土工程届一个较新的课题。采空区地基稳定性评价及后期地基处理技术的选取在很大程度上取决于采煤过程中采动岩体的损伤破坏规律。本文用相似材料模拟实验模拟再现了不同采深采厚比采煤过程中对其顶板到地表岩体的损伤破坏形成过程,并运用损伤力学理论分析采空区垮落带、裂隙带岩体损伤的变化规律,并建立了损伤变量与开采推进距离的相关关系。结果显示:不同采深采厚比岩体损伤不同,采深采厚比较小的采空区损伤变量偏大,且垮落带损伤变量是裂隙带的1.06-1.16倍,采深采厚比较大的采空区垮落带损伤变量是裂隙带的1.02-1.06倍。

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明:随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.0823:1.1394:1。

旗山矿深部巷道底臌分析及控制对策研究

从深度相关性、非对称性、分段性、时间性和复杂性等五个方面,分析了旗山矿深部巷道的底臌特征。运用数值模拟和理论分析等方法讨论了底臌的影响因素,主要包括自重应力、构造应力、地层结构、岩石特性、支护设计及施工工艺等。最后,有针对性地提出了控制对策。现场实施取得了良好的效果。

深埋隧道层状岩体地应力反演研究

结合渝沙高速公路共和隧道地应力量测资料,通过调整多种组合的侧压系数,获得隧址区山体多组地应力。将每一组侧压系数下获得的测试段地应力,利用横观各向同性弹塑性本构模型对测试段层状岩体进行计算,并将计算的结果与实测结果对比分析,确定出隧址区山体合理的侧压系数,从而得到了隧道轴线方向的初始地应力大小和方向,研究表明,隧道轴线初始地应力与隧道的埋深和地形地貌有关,靠山侧初始地应力大于靠河侧,最大初始地应力主要集中在埋深500-1 000m,即K41＋500-K43＋000里程段,最大初始地应力为19.7MPa,与水平面的夹角为-71.58°。这为隧道设计和施工提供了重要的基础资料。

淮南矿区深部岩巷典型围岩参数反分析研究!

基于典型巷道的表面收敛位移,通过进化神经网络方法进行了淮南矿区典型围岩类型的物性参数反分析研究.采用反分析得到的参数,通过数值正分析得到了和实测基本吻合的深部位移结果.表明通过反分析研究,基本得到了反映典型围岩类型的物性参数.

大藤峡水利枢纽泄水闸坝段深层抗滑稳定性问题

大藤峡水利枢纽主坝为混凝土重力坝。根据前期勘察及施工期开挖揭露,泄水闸坝段坝基岩体发育多条层间软弱夹层,性状较差、连续性好,产状缓倾下游偏左岸,可构成坝基深层滑移边界。针对上述工程地质问题,通过分析软弱夹层分布及性状,确定结构面力学参数;进行软弱夹层与断层、节理空间组合,确定滑移模式;以刚体极限平衡法进行滑面深度的敏感性分析,并进行坝基深层抗滑稳定性计算,评价坝基深层抗滑稳定性;对不满足规范要求的坝段,亦在计算成果基础上,提出了针对性处理措施,取得理想效果。研究成果可为大型水利水电工程重力坝深层抗滑稳定性研究提供启示和借鉴。

影响深埋长隧道岩爆的主要因素分析

岩爆是深埋长隧道的主要工程地质问题之一。影响岩石发生岩爆的主要因素有围岩性质、埋深、区域构造应力、地形地貌、活断层和地震等。文中对上述因素对岩爆的影响进行了分析,并指出精细的地面地质调查是合理评价深埋长隧道岩爆的基础。

地应力瞬态卸载诱发振动的能量分布特性

高地应力条件下隧洞爆破开挖中,岩体初始应力的瞬态卸载诱发的振动是岩体爆破开挖振动的重要组成部分。为揭示地应力瞬态卸载诱发振动能量特征及其对爆破开挖振动能量分布的影响,采用基于功率谱的振动能量分析方法,研究爆炸荷载和不同水平地应力瞬态卸载诱发的振动能量频域分布特征。研究表明:爆炸荷载与地应力瞬态卸载诱发振动的能量频域分布范围基本一致,但瞬态卸载诱发振动主频一般低于爆炸荷载诱发振动主频;地应力瞬态卸载诱发振动会增加爆破振动能量的低频成分,是影响爆破开挖振动能量分布特性的重要因素;地应力水平的提高会增大地应力瞬态卸载诱发振动的幅值,对能量的频域分布无影响。

基于声发射监测的深部采场岩体稳定性分析

针对红透山铜矿岩爆、采场冒落等地压灾害频发现状,采用声发射监测技术对深部采场开采过程中的围岩稳定性进行了研究,着重分析了爆破开采后岩体恢复至稳定状态的时间和声发射空间分布特征。研究结果表明:爆破开采后,声发射数目突增至较高水平,随着时间的推移,逐渐下降;岩体恢复至稳定状态的时间和爆破距离呈线性关系;对于距离爆破作业较远的围岩(超过35 m),声发射活动性在爆破后90 min内可以恢复较稳定状态;对于距离爆破作业较近的围岩(小于20 m),声发射数恢复到稳定状态超过2 h;声发射定位事件主要在采场顶板和边墙集中,斜坡道内片帮现象比较严重。

深井开采微震活动容量维D_f变化特征

根据会泽铅锌矿复杂地质状况,建立了一套24通道全数字微震监测系统,对深部岩体开采诱发微震事件进行监测,得到岩体随开采过程诱发微震事件的参数,包括b值、震级和事件数等.推导出b值与容量维Df之间的关系式为Df=2b,分析了容量维Df随时间变化和采场垮冒的关系.分析结果显示:岩体失稳破坏和Df值变化密切相关.随着开采扰动变化,由应力集中引起局部岩体裂纹压密、萌生和扩展,Df表现为增加后保持相对平静的现象,表明岩体裂纹的粗糙度在增加;一旦岩体破坏引发动力灾害,Df值急剧下降,表明岩体裂纹的粗糙度在降低,岩体破坏加速;结合现场实践,分析得出Df值越小,发生岩体破坏的概率越大.