超欠挖状态下支护结构的力学特性研究

在传统的喷射混凝土支护结构设计中,通常假设支护结构层是一个薄壁等厚层。钻爆法开挖的隧道围岩表面由于受爆破的影响存在不同程度的超欠挖,导致初期支护喷射混凝土结构层厚度不均匀。充分考虑超欠挖情况下隧道围岩表面的不平整性,根据喷射混凝土支护厚度将支护后的隧道表面不规则形状依据实际喷层情况归结为未完全填充、局部填充和完全填充三类。基于弹性力学厚壁圆筒理论,建立了单一喷射混凝土支护结构和喷射混凝土+钢格栅联合支护结构的等效刚度与最大支护力的理论公式。基于上述原理,结合收敛-约束法对某隧道开挖工程的稳定性进行了分析,得到了隧道支护结构的安全系数。结果表明,所提出的方法对超欠挖隧道的稳定性分析具有较好的适用性,验证了该方法的可行性。

顾北煤矿半孤岛工作面矿压显现规律研究

孤岛工作面沿空巷道矿压显现剧烈,支护难度大。文章以顾北煤矿1212(1)综采工作面为研究对象,首先分析了煤层的地质条件与顶底板的情况,并制定了矿压观测的内容与方法,进而对综采支架工作阻力、巷道围岩变形进行实测分析,得到矿压显现的规律,从而为工作面的高产、高效、安全、低耗创造良好的技术条件。

立井井壁厚度的围岩压力最大值确定法

根据立井井壁破裂事故的调研,将井壁变形灾害分为五类,提出采用适当强度的井壁承受常规围岩压力;预测可能发生变形灾害的类型,设计谐调变形井壁结构,躲开井壁不可承受的灾害性荷载。推出了由围岩压力最大值确定井壁厚度的简化计算公式,通过与精确解进行对比分析,给出了该简化公式的误差补偿系数。千米深立井的井壁结构设计实践与分析表明:此简化公式不仅便于工程应用,而且所设计的井壁能够满足“安全可靠、经济合理”的要求。最后讨论了井壁设计厚度的合理区间、井壁混凝土强度的合适等级,对抵御不同变形灾害的谐调井壁结构形式进行了初步讨论。

姜路岭炭质页岩隧道围岩压力合理取值研究

在姜路岭隧道工程建设中,由于炭质页岩土体特殊的力学特性,当采用规范经验公式计算所得的围岩压力进行隧道的支护结构设计时,支护结构所提供的支护力明显不足,易出现大变形和坍塌事故。因此,文章以共玉公路姜路岭隧道为例,通过理论分析、数值计算以及现场实测数据对比分析等手段,研究姜路岭炭质页岩隧道围岩塑性区分布规律、围岩压力计算方法以及合理的围岩压力取值等。研究结果表明,对于炭质页岩隧道围岩压力宜采用弹塑性分析的方法,围岩塑性区影响半径可取32 m,隧道围岩侧向压力与竖向压力相当。在无试验条件和实测数据的情况下,围岩压力压力可近似取0. 83 MPa进行隧道支护结构设计。

深埋小净距隧道围岩压力代表值探讨

研究目的:深埋小净距隧道围岩压力计算方法一直是隧道设计的难点问题,本文采用单洞隧道围岩压力代表值的思路和计算方法,研究深埋小净距隧道围岩压力大小与分布规律,为完善小净距隧道支护结构设计提供参考。研究结论:(1)提出了围岩压力全寿命周期演变规律,将隧道围岩压力从施工至破坏分为施工阶段、服役阶段、破坏阶段、破坏后阶段4个阶段,据此得出了采用塌落拱理论和普氏理论计算围岩压力的不合理性在于:该理论得出的是破坏后阶段的塌方高度,而该阶段的支护结构已不存在,因而采用该阶段的塌方高度作为围岩压力对于结构设计而言已无意义;(2)将最小支护力pimin与围岩压力代表值的思路和计算方法引入至深埋小净距隧道围岩压力计算,结果表明小净距隧道围岩压力代表值的大小、分布形态与净距、埋深等因素密切相关,共有3种形态,即内外侧相当、外侧大于内侧、内侧大于外侧;(3)提出了小净距隧道内侧侧压力系数计算方法,得出了内侧侧压力系数不大于外侧的结论。

基于BP神经网络的围岩介质爆炸峰值压力预测

基于BP(Back Propagation)神经网络法,收集对比130个公开的地下封闭爆炸数据,区分黏土、砂性土和岩石三组围岩介质,简化地下任意点爆炸围岩介质峰值力的多因素影响,分析爆炸比例距离、纵波波速、密度和饱和度等特征参数产生的权重影响,考察爆冲的输出峰值压力特征,提出土中任一点围岩介质峰值压力的简易预测方法,并通过与经验方法对比,验证简易方法的实效性。利用Matlab建立不同隐含层单元数的BP(Back-Propagation)神经网络,当隐含层分别选择6、7、6个神经元时整体网络性能最佳,该条件下对比测试样本的BP神经网络、经验公式和多元回归分析方法(MVRA)的预测效果,BP神经网络方法得到最小平均绝对误差。在各围岩介质数据的误差对比分析中,BP神经网络法得到砂性土的预测误差相对最小,相比经验公式和多元回归分析优势明显。在同一围岩介质参数的敏感度分析中,纵波波速对峰值压力产生最显著影响。将工程实例参数带入对比BP神经网络和MVRA,考虑不同介质反射系数得到峰值压力预测值和拱顶爆炸荷载峰值实测值的相对误差可小于20%。该估算方法可为类似地下结构防护设计值提供一种简化参考。

不同埋深条件下隧道围岩压力设计值通用算法

研究目的:围岩压力的计算是隧道支护结构量化设计的重要环节,目前研究存在明显不足,比如深浅埋分界处围岩压力突变、深埋阶段围岩压力为定值,这些都与实际不相符。为此,本文引入围岩压力设计值概念,提出基于围岩破坏模式的围岩压力设计值通用方法,可为不同埋深下的隧道支护设计提供理论指导。研究结论:(1)本文方法通过计算岩体接近或达到破坏阶段时的极限平衡状态及其破坏区荷载寻求围岩压力设计值,对不同特征隧道具有通用性;(2)隧道由浅入深其支护-破坏区荷载演变规律是不同的,导致其围岩压力特征也有较大区别,浅埋隧道支护-破坏区荷载曲线依次经历全覆土破坏阶段、压剪破坏两侧夹持阶段、洞周压剪破坏阶段、无破坏或局部破坏阶段四阶段,前两个阶段以松弛荷载为主,后两个阶段以形变压力为主,当介于两者之间时,需根据隧道极限平衡状态综合判定,并包络取值,采用本文方法可以保证隧道围岩压力计算结果随埋深变化的连续性;(3)相比于《铁路隧道设计规范》,采用本文方法计算的围岩压力设计值与实际工程结果吻合较好,具备更高的合理性与可靠性。

沿空掘巷工作面矿压显现规律研究

为了研究沿空掘巷工作面矿压显现规律,分析了2105轨道巷支护设计技术参数,然后设置了3个测站进行围岩表面位移,顶板锚固区内、外离层值,锚杆(索)受力,研究了沿空掘巷工作面矿压显现规律。研究结果表明,沿空留巷后,围岩变形量小,围岩控制效果较好。研究为其他相似开采条件的沿空掘巷综放工作面提供了依据。

隧道初衬劣化后承载能力及围岩灌浆加固效果分析

隧道初衬由于长期受到地下水、硫酸盐等各种不利环境的影响,其混凝土力学性质极易发生劣化,导致衬砌的承载能力和抗渗性能不断降低,严重影响隧道的安全使用。通过对不同劣化程度的隧道初衬进行有限元数值分析,发现初衬劣化后,二衬所受最大拉应力和孔隙水压力会不断增大;围岩灌浆后,初衬和二衬所受最大拉应力和孔隙水压力明显减小,围岩灌浆对改善隧道衬砌受力条件具有很好的效果。

新庄矿井井筒涌水量预测及围岩综合工程地质评价

为了给新庄矿井井筒设计和施工提供可靠的水文地质以及工程地质参数,研究了新庄矿井井筒涌水量预测及围岩综合工程地质评价,根据新庄矿井井筒施工钻孔的揭露,得到了该研究区的地质概况;采用承压-潜水完整式水平坑道公式以及井壁进水法等,得到了最大井筒涌水量,华池组、直罗-延安组最大井筒涌水量,洛河组全断面进水最大涌水量等。分析得出,此次预测公式采用合理,数据真实、可信,可作为下一步井筒施工的参考依据;并得出井筒范围各组段岩石的RQD值,RQD值多在40%~85%,岩石的完整性为中等。研究为井壁结构及施工方案提供必要的依据。

深部大断面巷硐围岩稳定性评价与布置方式研究

针对深部大断面巷硐围岩变形量大、支护困难等特点,采用FLAC^3D数值计算方法,探讨围岩内最大主应力峰值区的时空演化规律,分析最大主应力峰值区对围岩变形破坏的控制作用,提出塑性区发育范围判定与围岩稳定性综合评价的方法。根据地应力场类型、侧压系数、巷硐轴向与最大水平主应力夹角的差异,共设计151种数值模拟方案,研究3类地应力场中构造应力对大断面巷硐围岩稳定性的影响。结果表明:围岩塑性区发育与最大主应力峰值区存在运移一致性,基于边界应力系数K可判定塑性区发育范围,并通过遍历数值计算确定K值为0.96;在σH型应力场中,当λH=λh时,巷硐最优布置角度为30°,当λH≠λh时,巷硐平行于最大水平主应力方向布置最有利于围岩稳定;在σHv型应力场中,巷硐最佳布置角度是与最大水平主应力成0°~15°夹角;在σv型应力场中,当λH=λh时,巷硐无最优布置角度,当λH≠λh时,巷硐布置应遵循最大水平应力理论。