Coupled hydro-mechanical effect of a fractured rock mass under high water pressure

To explore the variation of permeability and deformation behaviors of a fractured rock mass in high water pressure,a high pressure permeability test（HPPT）,including measuring sensors of pore water pressure and displacement of the rock mass,was designed according to the hydrogeological condition of Heimifeng pumped storage power station.With the assumption of radial water flow pattern in the rock mass during the HPPT,a theoretical formula was presented to estimate the coefficient of permeability of the rock mass using water pressures in injection and measuring boreholes.The variation in permeability of the rock mass with the injected water pressure was studied according to the suggested formula.By fitting the relationship between the coefficient of permeability and the injected water pressure,a mathematical expression was obtained and used in the numerical simulations.For a better understanding of the relationship between the pore water pressure and the displacement of the rock mass,a 3D numerical method based on a coupled hydro-mechanical theory was employed to simulate the response of the rock mass during the test.By comparison of the calculated and measured data of pore water pressure and displacement,the deformation behaviors of the rock mass were analyzed.It is shown that the variation of displacement in the fractured rock mass is caused by water flow passing through it under high water pressure,and the rock deformation during the test could be calculated by using the coupled hydro-mechanical model.

Study on the genesis of karstic collapse column and characteristics of high resolution seismic data in one coal field

On the standpoint of the disaster prevention from water inrush,discussed the genesis and geologic condition of karstic collapse column in one coal field,analyzed the geophysical characteristics of karstic collapse column by using high resolution 3D seismic data.It shows the effective result of the technology of high resolution 3D seismic pros- pecting in the exploration of the karstic collapse column,and presents some prediction methods and prevention measures.

浅谈中国未来大型水电装备技术挑战与创新

我国水电资源丰富、开发程度处于中等水平,远不及欧洲发达国家。“双碳”战略下,水电作为清洁能源,以其高调节性、高稳定性将在以新能源为主的新型电力系统中发挥“压舱石”作用。资源特点和经济性决定未来水电开发将朝向更高水头(高转速)、更大容量趋势发展,机组将具备高海拔环境运行、超高水头、超大容量的特点。开发难度极高,技术挑战前所未有,亟待攻克。该文从多个角度分析阐述特殊工况下我国水电装备开发面临的问题和技术挑战,探讨关键技术发展趋势以及创新技术应用潜力,为未来水电装备的技术创新和突破提供参考方向。

高水压高应力岩石声波时域传播特性试验研究

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中,水压力和地应力共同控制着岩石的物理力学特性,研究高水压和高应力对岩石声波传播的影响特性,有利于揭示深部岩体工程开挖时围岩损伤演化、动态力学响应以及水压力和地应力的反演。基于自主研发的高水压高应力岩石声波测试系统,设置多组水压力和轴向静应力等级用于模拟地下水压力和地应力环境,对红砂岩和石灰岩进行声波传播试验。选取岩石声波首波波形,研究岩石声波波速、首波幅值和能量随水压力和轴向静应力的变化关系,构建岩石声学参数的演化经验模型。研究结果表明,当承受的轴向静应力确定时,红砂岩声波波速随水压力的增大呈先上升后下降的变化趋势,2者呈良好高斯函数关系,石灰岩声波波速随水压力的增加先快速升高后缓慢降低。当承受的水压力确定时,2种岩石声波波速随轴向静应力的增大均呈先增加后减小的变化趋势,红砂岩声波波速与轴向静应力呈高斯函数关系,且红砂岩声波波速变化显著,石灰岩变化较小。确定轴向静应力工况下,红砂岩首波幅值和能量随水压力的增加先平缓发展后快速降低,首波幅值与水压力呈指数函数的变化关系;石灰岩首波幅值和能量随水压力的增加先快速增加后平稳发展或略有降低。确定水压力工况下,红砂岩首波幅值和能量随轴向静应力的增加先升高后下降;石灰岩首波幅值和能量随轴向静应力的增大先快速上升后急剧减小。研究成果对深部高水压环境下岩体工程开挖围岩赋存状态表征、应力波传播以及邻近结构的稳定性分析提供理论基础。

峰丛洼地岩溶裂隙水土漏失过程室内模拟试验

[目的]水土漏失控制是喀斯特地区石漠化防治的关键,因此对水土漏失机理及其影响因素进行探究。[方法]通过室内模拟试验,研究水压力(0.3,1.3,2.3,5.5 m水头)、岩溶裂隙宽度(0.25,0.50,0.75,1.00 cm)和土壤团聚体粒径(0~1.0,1.0~2.0,2.0~5.0,0~5.0 mm)对峰丛洼地水土漏失过程的影响。[结果]水压力和裂隙宽度越大、团聚体粒径越小或粒组缺失的土壤,上覆土层越易被击穿。土层被击穿时间约需2~20 min。在土层被击穿后,水漏失速率迅速增大并逐渐趋于稳定,土壤漏失速率则急剧增大至峰值后减小并趋于其稳定值,且水土漏失速率及其累积漏失量显著大于未击穿土层。水土漏失量随着水压力或裂隙宽度的增大而增大。当裂隙宽度为0.25,0.50,0.75,1.00 cm时,1.3~5.5 m水压力时的累积水漏失量分别比0.3 m水压力时增大1.2~13.2,2.4~131.0,2.1~167.3,75.8~141.9倍。累积土壤漏失量随团聚体粒径的增大而显著减小。在大团聚体缺失时土壤漏失量随着裂隙宽度的增大而减小,而在小团聚体缺失时则随之增大。当裂隙宽度为0.25,0.5,0.75,1.0 cm时,1.0~2.0,2.0~5.0 mm团聚体粒组的土壤漏失量分别比0~1.0 mm粒组减小98.4%和99.1%,46.3%和83.7%,43.2%和74.0%及41.1%和27.1%。[结论]上覆土层的稳定状况决定峰丛洼地水土漏失过程,水力条件、土壤性质及岩溶裂隙发育程度是影响其稳定的关键因素。

某过断层深埋高水头TBM输水隧洞围岩-支护结构响应规律

为了研究过断层深埋高水头敞开式TBM输水隧洞支护结构的响应规律,对不同支护方案下某过断层深埋高水头敞开式TBM隧洞围岩与支护结构的响应规律进行对比分析,选出最合适的支护设计方案。建立TBM隧洞动态开挖-支护精细仿真模型,逐个研究动态开挖-支护中围岩、锚杆、钢拱架、初喷混凝土、二衬的响应规律。结果表明:依次支护管棚、锚杆、钢拱架、固结灌浆、衬砌后,围岩拱顶变形分别降为不支护时的59.4%、32.9%、32.9%、4.1%、3.2%。盾尾离开后各响应突增,增幅逐步减缓且最终趋于稳定,衬砌支护后突降并稳定。锚杆应力分布不均,支护后拱腰处锚杆应力比拱顶增加快,各锚杆应力越靠近洞壁处越大。管棚+锚杆+钢拱架+固结灌浆+初喷+二衬可保证安全,但需固结围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角分别提高1.0、1.0、0.21倍。

山东枣庄陶枣煤田裂隙岩溶水水质评价研究

矿山闭坑后大量被污染的矿坑水对裂隙岩溶水具有潜在的影响.对陶枣煤田裂隙岩溶水水质评价发现区域内水质较差和极差级别分别占到总数的25.64%和41.03%,说明岩溶水总体水质较差.通过对岩溶水水化学特征分析得知,区内岩溶水阴离子类型有4种,分别为HCO_(3)^(-)型、HCO_(3)^(-)·SO_(4)^(2-)型、SO_(4)^(2-)·HCO_(3)^(-)型和SO_(4)^(2-)型,阳离子可划分为Ca^(2+)、Ca^(2+)·Na^(+)和Ca^(2+)·Mg^(2+)或Mg^(2+)·Ca^(2+)3类型.通过对1991至2017年水化学动态特征分析发现区内地下裂隙岩溶水受煤矿开采影响较大,基于聚类分析法发现区内主要存在2种污染途径,分别为地表水渗透污染和矿坑水串层污染.

基于流-固-损伤全耦合模型的裂隙型岩溶突涌水数值模拟

岩溶地区隧道建设频遇突涌水灾害,裂隙型突涌水勘察与预测难度极大、致灾风险高。为揭示裂隙型岩溶突涌水机理与明确前兆信息,基于流-固-损伤耦合模型对裂隙型岩溶突涌水致灾机理与临界条件展开研究。通过公式推演与多场耦合数值分析得到以下结论:建立了完整的流-固-损伤耦合裂隙型岩溶突涌水致灾机理数学模型,并论证其可行性与合理性;分析了不同溶腔水压工况下,隧道拱顶围岩位移演化规律。结果表明,裂隙型岩溶突涌水与富水溶腔水压高度相关;分析了临界突水条件下围岩特性,提出了缓慢增长段-快速增长段-位移失控段的三阶段裂隙型岩溶突涌水围岩位移演化规律。

地震波斜入射时不同水深超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波和P波不同角度入射情况,采用声固耦合法模拟闸室内动水压力,研究超高水头船闸闸室在不同水深下闸顶位移、加速度和塑性损伤等地震反应。研究表明:地震波斜入射时,超高水头船闸的地震反应随水深变化的规律较垂直入射时明显不同,地震反应的程度一般较垂直入射时更大;相同水深条件下,闸顶水平相对位移峰值、水平加速度峰值多数情况下随入射角增大而增大。超高水头船闸闸室结构地震反应结果受水深变幅影响显著。一般闸墙相对高度为0.2附近的区域更易出现严重受拉损伤,相对水深为0.97时,闸墙临水侧达到严重破坏程度的受拉损伤范围最大。对综合考虑斜入射地震波和闸室内不同水深共同作用有一定的影响。

高承压非均质岩溶裂隙含水层精准注浆加固技术研究

煤层底板高承压非均质岩溶裂隙含水层突水是煤矿安全生产的重大灾害之一,消除其突水威胁对矿井安全生产具有重要意义。以梁北矿32021工作面为例,在综合分析工作面地质与水文地质条件的基础上,利用多种物探方法查明了煤层下50、70、90 m深度上的富水裂隙集中分布区域,为煤系底板受构造破坏的导水或富水裂隙的注浆加固施工提供靶向区域,结合牛顿流体和宾汉姆流体在裂隙内渗流相关理论和类比分析,得出了在8 MPa注浆压力条件下密度为1.1 kg/m^(3)的水泥浆的扩散半径约为30 m,在此基础上对工作面布置了注浆加固钻孔。结合注浆前后物探结果、钻孔单孔涌水量分析、注浆量合格率和注浆改造前后突水系数等评价划定工作面水害危安区,用于指导矿井安全生产。

喀斯特地貌基础工程岩溶裂隙水封堵施工技术研究

研究旨在喀斯特地貌基础工程中探索一套有效的岩溶裂隙水封堵施工技术,以解决该地区基础工程建设过程中遇到的岩溶裂隙水问题,以确保工程的安全性、稳定性与持久性。研究内容主要涉及对现有封堵材料的适用性分析、封堵施工方案的优化设计以及施工技术的实际应用,结合工程案例提供施工技术方案。研究结果表明,通过科学选材、精确设计和技术革新,可以+显著提升封堵工作的效果,从而为喀斯特地区工程建设提供可靠的技术支持。

复杂环境隧道掘进聚能水压光面爆破施工技术研究

云南丘砚高速3标的赵凹塘隧道,其基岩主要是灰岩,特征为中度风化、微晶质结构、厚层和大块构造;其岩石质地良好,岩溶景象突出,围岩等级为Ⅲ~Ⅳ级。为保障施工安全和保持基岩稳定,选定了聚能水压光面爆破技术,利用水的不可压缩特性,将爆破能量无损转移,围岩爆破形成的“水楔”作用进一步破碎围岩,还可防止岩爆。该技术成功解决隧道挖掘过程中围岩扰动、超挖、补炮次数多,爆破后尘埃浓度高、隧道内空气差等问题,为以后复杂环境中的隧道挖掘提供了重要的参考。

高坝枢纽移动式尾水集鱼方案设计及试验研究

为减缓水电工程建设对鱼类洄游的阻隔影响,高效安全的过鱼设施是恢复鱼类洄游通道的重要工程措施,尤其高水头水电工程过鱼设施建设是当前生态保护的技术难点。首先通过模型试验和数值模拟计算,对乌东德水电站坝下水流条件进行了研究,再结合鱼类洄游路线及其坝下分布预测,提出了一种新型的移动式尾水集鱼箱,并利用电站尾水的诱鱼效果进行集鱼。试验研究表明:根据电站运行情况开展集鱼工作可实现“多点位、全深度、大流量”集鱼,作为辅助集鱼设施,创新方案能够提升集运鱼系统的集鱼效率。研究成果可为高坝枢纽过鱼设施建设及已建工程增建过鱼设施提供技术参考。

白象山选矿厂提高产能优化实践

白象山选矿厂为了进一步提高生产效率和产能,针对精矿产品质量、生产作业率等指标进行了生产流程优化,提高设备利用率,采用先进生产设备等研究。通过循环使用淘洗机尾矿溢流水,减轻了尾矿大井负荷,提高了磁选机的选别效果,同时优化湿式筛分预选工艺筛孔尺寸,提高了选厂处理能力;通过优化高压辊辊缝及频率等参数,使用新型侧挡板,延长了高压辊辊面的使用寿命,提高了设备利用率;通过使用凿岩台车、深孔钻机等智能采矿设备,改善了选厂给矿状况。现场生产实践表明,通过上述措施优化,有效提高了白象山选厂的产能。

800m以上水头三机式抽水蓄能机组研究

我国的资源禀赋的特点是富煤、贫油、少气,促使我国的能源结构主要以化石能源为主。在“双碳”目标的指引下,以非化石能源为主体的新型能源体系必然是未来大势所趋,光电和风电成为新型电力系统下新能源的主力军,但光电和风电存在随机性和波动性,对电网的冲击相对较大,再加之新能源的定价机制还在探索中,所以出现了弃风、弃光等情况。为高效吸收消纳光电、风电等未来供电主力,避免新能源的浪费,保障电网安全。抽水蓄能水电站必然是未来储能主力,而三机式抽水蓄能机组有着更为独特储能优势,包括适用水头更高、水头变幅更宽、响应电网更快、工程造价更低等。本文就结合光电和风电的实际情况,探讨光电和风电作为供电主力下的储能新方案,三机式抽水蓄能机组高质量消纳新能源的研究和探索。

深圳市某地铁车站深基坑底部涌水治理技术探析

在灰岩富水岩溶区、褶皱破碎断裂带进行地铁车站深基坑施工,要面临许多施工不确定,尤其是深大基坑开挖至邻近垫层标高坑底涌水是工程施工中的重大事故隐患,迅速、精准查找出涌水通道和涌水原因是处置解决问题的首要任务。以深圳某地铁车站深基坑开挖过程中涌水为背景,全面、系统分析了形成涌水的原因,针对深基坑底部水力劈裂型涌水具体工况,采取了行之有效的应对措施,使得涌水得以治理,保证了基坑后续施工正常进行。

不同工况下主排水泵的性能研究

为进一步提升排水系统在实际生产中的运行效率,降低能耗,在对主排水泵排水方式简单概述的基础上,构建了实验平台,测定了主排水泵在负压吸水、正压给水以及前置泵正压给水3种工况下的性能参数,并对应绘制了性能曲线图。所得数据可指导主排水的实际生产。

1200 m特高水头钢岔管制造创新与质量控制

为保证1200 m特高水头钢岔管制造质量与工期,长龙山抽水蓄能电站建设者进行了系列创新,并提出了控制措施,通过考察确定钢岔管整体制造、运输至工地的方案,采用控制钢板下料放样、划线、卷制、组拼、焊接等工序来保证钢岔管外形尺寸及内在质量。水压试验表明:在初次水压试验成功基础上提高第二次试验压力值,进一步减小钢岔管成品焊接残余应力,创下国内钢岔管10 MPa水压试验记录。可为类似工程提供参考。

岩溶地区暗挖轨道交通隧道水压力及衬砌结构优化分析

针对山地岩溶城市高水压暗挖轨道交通车站隧道,在总结我国矿山法隧道防排水型式的基础上,对衬砌结构水压力分布特征和水压力计算方法进行了重点探讨,以期能够兼顾地表生态环境保护和隧道衬砌结构设计优化。以某城市轨道交通车站为工程实例,计算分析了“全封堵型”隧道和“堵排结合型”隧道对应的衬砌结构力学性能,研究成果可为类似隧道工程的设计提供借鉴参考。

桃源水电站船闸输水门高水头不能开启分析及处理

船闸输水廊道工作闸门是完成闸室充泄水的重要金结设备设施,其在船闸通航过程中对闸室进行充泄水从而满足通航需要,它直接关系到船闸正常运行。以桃源水电站船闸输水廊道工作高水头不能开启问题为研究对象,分析不能开启的原因,提出改进建议和措施。