穿越断层破碎带隧道压力拱研究综述

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质条件,需进行合理的支护设计。在支护设计时考虑围岩压力拱的自稳能力,可使支护更加经济安全。本文总结了现有研究中压力拱的范围确定方法、影响因素和动态演化特征,并探讨了断层破碎带中压力拱的可行研究方法,有助于断层破碎带中压力拱的研究、利用和有效控制。

采区溜井卸矿冲击载荷作用的理论分析与验证

以运动学理论为基础对矿石在溜井中的运动规律进行理论推导,结合相似材料模拟试验对结果进行对比分析。研究结果表明,(1)初始冲击时法向冲击力较大,随着冲击次数的增加法向冲击力逐渐减弱切向冲击力逐渐增强,对井壁造成的破坏由以法向破坏为主转变为剪切破坏为主;(2)冲击点的间隔越来越大,冲击角度逐渐减小,矿石经过2～3次冲击井壁之后垂直落入井中;(3)理论推导得到形成的2个冲击带位于井口下2.0～5.6m及26.4～38.2m处,试验得出的破坏范围为井口下1.95～10.2m及19.4～40.2m处,试验所得的冲击带范围较理论推导结果略大;(4)处于冲击区域的压力盒数据变化最大,处于矿石磨损区域的压力盒数值变化较小且变化趋势缓和。

断层带岩体采动效应的相似材料模拟研究

以任楼煤矿F3～F4断层间块段地层为原型,建立相似材料模型,对煤层回采过程中断层带岩体的采动效应及断层下盘含水层的突水可能性进行模拟,研究结果表明:在煤层回采过程中,随断层煤柱的减小,断层两盘岩体的变形存在差异性,表现出不同的采动效应特征;当煤柱减小到一定数值后将造成断层上、下盘岩体发生相对位移,导致断层"活化",引发断层导水;承压含水层对断层采动效应也有一定的影响,有促进断层"活化"的作用。因此,在进行断层防水煤柱合理留设过程中,必须充分考虑这些因素的影响,为煤矿安全高效生产提供可靠保障。

断层破碎带隧道突水突泥模型试验系统研制与应用

为研究吉莲高速永莲隧道扰动作用下突水突泥灾变演化过程及破坏特征,以F2断层破碎带为研究对象,研制大型三维地质模型试验系统,该系统由模型架、地应力加载系统、水压加载系统以及信息监测系统组成,通过材料配比试验及物理力学性能参数测试,研制出适用于流–固耦合模型试验的新型断层围岩及正常围岩相似材料。采用该系统进行模型试验,揭示正常围岩开挖过程中及揭露断层后的隧道围岩渗流压力、应力应变、位移以及涌出物等特征参数的变化规律,模型试验结果与实际工程灾变特征具有较好一致性。试验结果表明该系统稳定可靠,可广泛应用于其它地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。

急倾斜薄矿脉崩落法开采矿岩散体流动规律研究

针对急倾斜薄矿脉破碎矿体的开采技术条件,采用无底柱分段崩落法开采工艺,利用崩落矿岩散体充填采空区,可有效减缓上下盘围岩的垮落,保证作业人员安全,但覆岩下放矿又带来了矿石损失和贫化的新问题。为此,本文采用室内相似物理模型试验,开展倾斜边壁窄小空间条件下的矿岩散体流动规律研究。试验结果表明:受倾斜边壁影响,放矿过程中矿岩散体的流轴迅速向矿体上盘边壁靠近,放出体发生变异,随着累计放出矿量的增加,放出体呈“侵入状”沿上盘倾斜边壁发展,得到了放出体宽度和放出体高度与累计放出矿量的关系。依据放出体的形态特征,将倾斜边壁窄小空间条件下放矿过程中的散体移动区域划分为放矿口控制区、过渡区和倾斜边壁控制区三个典型区域,由试验得到放矿口控制区范围为Z<10 cm,过渡区范围为10 cm≤Z<32 cm,倾斜边壁控制区范围为Z≥32 cm,且无底柱分段崩落法的分段高度不易超过过渡区范围。

含软硬交接带公路隧道模型试验研究

研究含软弱破碎层、土岩接触带、断层等特殊地质条件下隧道开挖过程中围岩的破坏特性具有重要意义。采用砂子、石膏、水泥、混凝土透水增强剂制备相似材料,在此基础上制作含软弱地层的隧道模型,模拟在软硬交接带隧道开挖之后坚硬地层的裂纹扩展特性及隧道围岩的破坏过程。研究结果表明:在软硬交接带地层开挖隧道后,坚硬地层具有一定的承载能力,但随着上覆载荷的增加,坚硬地层逐渐失去承载能力。在随着荷载增加的过程中,围岩变形量呈现出非线性增长趋势,隧道上方坚硬地层经历了从萌生微裂纹、裂隙逐渐扩展和贯通,最后产生错位破坏的过程。隧道围岩右侧靠近挡板的顶部坚硬地层出现局部掉块的现象,随着荷载的增加,拱顶位置出现大规模掉块,且上面的材料在力的挤压作用下出现颗粒的剥落,在表面形成坑槽。通过相似模型试验研究软硬交接带中隧道开挖过程中围岩的渐进破坏机制及变形特性,为特殊地层中隧道施工过程中围岩的稳定评价、支护结构设计与施工方法提供依据和参考。

夏热冬冷地区VDSF热工性能评估模型

针对通风式双层皮幕墙(ventilated double skin facades,VDSF),用射线追踪法计算出幕墙系统在太阳辐射下的光学性能,然后将此光学模型与该文提出的VDSF类区域模型耦合,以长沙地区某外循环式VDSF为算例对其在夏季工况下的热工性能进行模拟。计算结果表明类区域模型计算方便且模拟结果全面,适用于对我国夏热冬冷地区VDSF进行性能评估与优化设计。

泾河下综放开采隔离煤柱对覆岩破坏控制作用的物理模拟

根据地质资料,分析了下沟煤矿泾河下特厚煤层大面积综放开采的地质特点,为实现水体下安全回采,确定了在各工作面间留设一定宽度隔离煤柱的开采方案。通过相似材料模拟试验,分析了改本区地质条件下各综放工作面间留设一定宽度隔离煤柱对覆岩破坏的影响。研究证实,隔离煤柱对覆岩破坏起到有效的控制作用。根据试验得出的单工作面最大裂采比,通过最小防水安全煤岩柱垂高的计算,认为地质条件满足泾河下安全回采的要求。且研究成果成功指导了5个工作面安全回采,可为该区及类似条件其他矿井的开采提供参考。

基于余弦相似度的多能互补园区供能分区规划

多能互补园区因其能实现能源的梯级利用,可有效地进行多种能源的协调调度,进而提高用能效率和用能可靠性而被广泛采用。通过研究多能互补园区供能分区规划问题,在综合考虑电、热、冷、气多负荷特性的基础上提出了一种利用余弦相似度比较的园区供能分区规划方法。建立了以区内区间负荷余弦值之比最大为目标函数的园区规划模型,根据供能小区地理位置关联矩阵约束条件得到分区结果并结合选取不同核心小区产生的不同分区结果进行比较最终确定分区方案。最后,以北方某多能互补园区为例进行算例分析,表明该方法在综合考虑电、热、冷、气负荷的基础上,保证了供能分区内部负荷比例的均衡性和不同分区负荷比例的差异性,实现了该园区的合理优化分区,验证了方法的适用性。

寺家庄煤矿15106采煤工作面覆岩裂隙“三带”规律研究

为研究寺家庄煤矿15106工作面回采过程中上覆岩层裂隙的动态发育规律,基于工作面覆岩地质条件,采用理论分析、数值模拟和相似模型实验的方法研究覆岩裂隙的发育,并划分“三带”。依据矿业控制理论,得到垮落带高度为14.37~17.25 m,裂隙带高度为54.8~72.6 m。基于UDEC软件,模拟得到k 2石灰岩底板距离煤层顶板18 m为跨落带高度,k 4石灰岩底板距离煤层顶板66 m为裂隙带高度。根据相似模型实验得到垮落带高度为18 m,裂隙带高度为64 m。理论分析、数值模拟和模型实验得到覆岩“三带”高度基本一致,以坚硬的石灰岩高度为准,确定垮落带高度18 m,裂隙带高度66 m,为高抽巷层位选取提供了一定的理论指导。

河工模型阻力相似的研究

本文以长江葛洲坝工程宜昌工地的坝区泥沙模型为例,研究了模型水面线相似、糙率、阻力沿横向分布等的相似问题以及模型是否处于阻力平方区间题等。通过研究,认为阻力相似是河工模型的重要相似条件,但是较大比尺的正态模型一般并不处于阻力平方区,不能达到理论上严格的阻力相似要求。在此情况下,通过验证试验,只要做到模型与原型基本相似,水面线的偏离处于要求范围内,流速沿断面的分布基本上与原型一致,这样就可以保证试验成果的可靠性。

海工混凝土表面氯离子浓度时间相似关系研究

根据相似理论,以混凝土表面氯离子浓度时变性为纽带,建立现场环境和人工模拟加速侵蚀环境下混凝土构件的时间相似关系。分别对海工混凝土构件和试验构件做取粉试验,通过RCT法检测构件中自由氯离子含量并计算表面氯离子浓度值,分析表面氯离子浓度的时变模型。最终提出时间相似系数表达式并计算得到时间相似系数,为服役中的混凝土结构寿命预测奠定基础。

低应变反射波法在相似材料模型裂隙带探测中试验研究

相似材料模拟在矿井地质灾害综合研究中具有重要地位,解决了多种开采方式下煤层覆岩运动规律特征研究的难题。在相似材料模拟中,通过采掘活动在模型中形成不同空间位置的变形、变位及离析层、裂隙带发育,可判断覆岩破坏变形特征。利用弹性波场低应变反射原理和工程测桩设备高灵敏特性,对相似材料模拟模型进行变形前后探测,综合分析和解释变形位置及裂隙带分布。试验结果表明,低应变测量方式可对模型裂隙产生反映,与实际模型测量结果基本一致。

急倾斜多煤层开采地表沉陷分区与围岩破坏机理——以木城涧煤矿大台井为例

为了研究急倾斜多煤层开采条件下地表及围岩移动变形特点,以木城涧煤矿大台井急倾斜多煤层开采为研究对象,进行了相似材料模拟研究.揭示了地表移动变形规律和围岩垮落、破坏机理,得出了不同区域移动变形的大小及主要特点,并与实地观测数据进行了对比分析.结果表明:该条件下开采,地表沉陷盆地可分为露头塌陷区、整体沉陷区、渐变沉陷区和轻微沉陷区,浅部开采形成的地表分区格局对整个采动影响区的地表移动变形起到了控制作用,浅部开采覆岩破坏以陷落和张裂为主要特征,深部开采以离层带裂隙顺层通达地表和台阶错落下沉为主要特征.

降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律模型试验

基于室内模型试验及相似理论,利用含水率测试仪、张力计、土压力盒分别监测长时间大雨、短时间暴雨2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡体积含水率、基质吸力、坡前推力变化规律,研究这2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律,揭示暂态饱和区变化影响下粗粒土高路堤边坡失稳机理。结果表明:2种降雨工况下降雨初期,暂态饱和区主要分布在边坡表层,体积含水率逐层上升、基质吸力逐层消散;随降雨不断持续,长时间大雨工况下暂态饱和区主要呈S形分布,暂态饱和区扩展过程中路堤边坡各级坡脚处的体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力主要分布在路堤边坡坡脚深处,边坡土体抗剪强度削弱区域首先分布在各级路堤坡脚处并逐渐向边坡内部扩展;短时间暴雨工况下暂态饱和区呈J形分布,暂态饱和区在下路堤坡脚处分布的面积较大,暂态饱和区扩展过程中下路堤边坡下部坡脚附近体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力由表层向路堤深处逐渐增大,土体抗剪强度削弱区域主要分布在下路堤边坡坡脚处。