锚杆钢-木组合托盘极限承载力学性能研究

为降低动压冲击对支护系统的破坏,适应大变形巷道的需要;基于球壳结构理论构建锚杆拱形钢托盘承载力学模型,给出钢托盘最大承载力计算式,分析钢托盘各参数尺寸对其承载力的影响关系,研究木托盘压缩实验特征;通过Abaqus软件对钢托盘与组合托盘开展有限元静态力学强度实验,对比分析钢托盘与组合托盘受压状态下的不同特征,分析让压距离对组合托盘承载性能的影响规律。结果表明:对钢托盘承载力的影响顺序为拱高>拱底圆半径>孔口半径,拱高与承载力服从对数增加关系,拱底圆半径、孔口半径与托盘承载力基本成线性增加关系;钢-木组合托盘中木托盘先受力,并经历了压密阶段、弹性变形阶段和塑性变形阶段,木托盘被压缩可降低钢托盘30.03%的承载受力,组合托盘的应力-位移曲线右移,组合托盘的极限承载力增加;钢托盘受压破坏从孔口处开始,基本成圆形向四周扩展,托盘底部四边中间区域与四角区域形成的高应力差是导致托盘四角破坏的主要原因。

基于加权隶属度矩阵的岩体质量优化分级及支护研究

巷道围岩质量分级是巷道围岩稳定性分析、合理支护设计与施工的基础。提高分级结果的准确性,是提升支护效果和巷道围岩稳定性的关键途径。以RMR法为基础,以某一测点的分级因素指标值为例,构建RMR法各分级指标的隶属度矩阵,再结合熵值法确定分级指标的权重,得到加权隶属度矩阵,构造优化后的评分公式,进行指标优化评分和围岩质量分级,然后根据围岩质量分级结果及松动圈监测结果设计支护参数,利用FLAC3D进行模拟计算以巷道围岩塑性区体积和顶底板收敛量为评价指标,研究优化前后的支护效果。研究结果表明:经过优化后的指标评分和围岩等级更加准确,巷道支护参数设计更加合理,数值模拟结果显示其能有效地提升围岩的稳定性,并将优化后的支护设计参数应用于工程,取得了良好的效果。研究成果可有效解决巷道围岩分级因素指标值位于分级边界或分级跨度大的问题,为矿山岩体质量分级与支护设计提供参考。

双向极不等压软岩巷道围岩裂隙分布及变形机制

巷道围岩蝶形塑性区破坏是引起巷道围岩大变形的重要原因,近年来引起了巷道支护工作者的高度重视。掌握蝶形塑性区内围岩变形机制是实现软岩巷道围岩控制的基础。然而,有关于蝶形破坏理论中围岩变形机制的研究却鲜有报道。针对上述问题,以南方某矿一采区南运巷产生的大变形特征为研究对象,在分析巷道所处应力环境及地质条件的基础上,对围岩裂隙分布、巷道变形机制及控制方法进行了系统研究。结果表明:南运巷是典型的极不等压软岩巷道,巷道开挖后,围岩裂隙呈“蝶形”分布;“蝶形裂隙区”集中出现在“蝶形塑性区”范围内,蝶叶部位围岩裂隙以剪切裂隙为主,且蝶叶部位剪切裂隙大多围绕巷道呈“环形”分布,而张拉裂隙则集中出现在巷道围岩自由面附近。蝶形塑性区内围岩应力特征主要有2方面:一为围岩的主应力方向发生了偏转,具体表现为最大主应力围绕巷道呈环形分布,巷道上部最小主应力方向指向巷道中心,巷道下部最小主应力方向背离巷道中心;二为围岩最大/最小主应力比值较大,且主应力比值等值线呈“蝶形”分布。根据塑性区内围岩裂隙分布特点及应力特征,建立了含软弱面围岩力学剪胀模型,认为处于此应力特征下的围岩剪胀作用较强,剪胀作用使围岩向巷道空间内挤压,进而使巷道产生大变形。围岩裂隙分布不规则及原支护方案不合理是导致巷道产生大变形的主要原因。基于上述研究,提出了以“全断面预应力短锚索+关键部位长锚索加强支护+注浆”为核心的差异化支护方案,现场监测表明,新支护方案可有效控制围岩变形,保证巷道在使用期间的稳定性。

2023年探矿工程十大新闻

1我国第一口万米深地科探井开钻2023年5月30日,我国第一口万米科探井——深地塔科1井在新疆塔里木盆地开钻。这标志着我国向地球深部探测技术系列取得新的重大突破,钻探能力开启“万米时代”,将为我国未来的科学研究和油气资源开发提供重要的基础和支持。

缓倾斜中厚煤层切顶卸压沿空留巷支护应用

以文家坝一矿110606运输巷沿空留巷为工程背景,采用经验公式计算、数值模拟、工程实践、矿压监测等方法,进行沿空留巷预裂爆破切顶卸压,巷内补强支护方案的设计及应用研究。通过理论分析得到预裂切顶钻孔垂高为7.7 m,孔深为8.0 m时,冒落矸石可将采空区充满,设计详细的巷内补强及采空侧挡矸支护方案。运用FLAC^(3D)数值模拟,研究围岩变形与顶板岩层离层量,结果表明,切顶及巷内补强支护方案可行。工程应用期间进行综合矿压监测,留巷围岩变形量在较低水平,巷道围岩整体稳定,锚索承载能力仍有较大富余,可实现沿空巷道的长期安全稳定,取得较好留巷效果。

Effect of loading rate on fracture characteristics of rock

The three-point bending experiments were applied to investigating effects of loading rates on fracture toughness of Huanglong limestone. The fracture toughness of Huanglong limestone was measured over a wide range of loading rates from 9×10-4 to 1.537 MPa·m1/2/s. According to the approximate relationship between static and dynamic fracture toughness of Huanglong limestone, relationship between the growth velocity of crack and dynamic fracture toughness was obtained. The main conclusions are summarized as follows. (1) When the loading rate is higher than 0.027 MPa·m1/2/s, the fracture toughness of Huanglong limestone increases markedly with increasing loading rate. However, when loading rate is lower than 0.027 MPa·m1/2/s, fracture toughness slightly increases with an increase in loading rate. (2) It is found from experimental results that fracture toughness is linearly proportional to the logarithmic expression of loading rate. (3) For Huanglong limestone, when the growth velocity of crack is lower than 100 m/s, the energy release rate slightly decreases with increasing the growth velocity of crack. However, when the growth velocity of crack is higher than 1 000 m/s, the energy release rate dramatically decreases with an increase in the crack growth velocity.

围岩空间变异性对隧道稳定性影响及注浆加固优化

根据岩土体弹性模量呈现空间随机分布的特征,结合随机理论与Monte-Carlo方法,建立围岩单元环向统计分析法,把力学性质相近的单元归为一类,建立了能考虑四心圆公路隧道围岩空间变异性的隧道变形稳定性随机有限元法,揭示了围岩和注浆效果空间变异性特征对隧道变形稳定性的影响规律。结合皮家岭隧道研究显示:考虑0~3 m围岩深度范围内围岩弹性模量(平均值为0.5 GPa,标准差为15.0 GPa)的空间随机性时,可靠度0.90对应的洞壁最大位移的最大值为11.33 cm,比平均值10.63 cm大6.59%,相同空间变异性围岩位于3~6 m深度范围时,可靠度0.90对应的洞壁最大位移的最大值为10.85 cm,距离洞壁越近的围岩空间变异性对围岩位移安全的风险越大;考虑围岩空间变异性条件下注浆加固后围岩拱顶可靠度0.90最大位移值减小了约3.5%,极值的区间范围减少约25%。研究方法和结论为围岩空间变异性四心圆隧道的优化设计和施工安全控制提供了理论依据,更为探究围岩空间变异性的隧道可靠度设计提供思路。

基于VBA语言开发的隧洞围岩类别与稳定性分析软件

确定隧洞围岩类别,评价隧洞围岩稳定性,并提出支护建议,是水利水电工程地质勘察和施工地质中经常遇到的工作。目前该工作由地质技术人员对应规范(GB50487-2008)进行人工计算。当隧洞较长,数据较多时,人工计算工作繁琐,且容易出错,影响工作效率和地质判别质量。作者利用VBA语言在Excel中编写隧洞围岩类别与稳定性自动分析软件,通过5种地质要素采集,自动计算围岩总评分,自动判别围岩类别,自动分析围岩稳定性,并相应给出隧洞围岩支护建议,可提高工作效率和成果质量。

TBM水平支撑不同接触面积下的围岩稳定性分析

针对全断面岩石掘进水平支撑在不稳定地质条件下,易出现支撑不稳、刀盘下沉等问题,基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真平台,以II类和V类围岩为研究对象,建立支撑靴在脉动载荷作用下撑紧围岩的数值仿真模型.提取了围岩的等效应力、支撑反力变化规律及材料失效质量.研究结果表明:水平支撑基本能够适应II类围岩,而在V类围岩中容易出现失稳,随着接触面积的下降,支撑力出现具有明显的阶跃性质,失稳时刻也逐渐提前,反映出水平支撑对软弱围岩的不适应,为支撑靴的结构设计和地质适应性提供参考依据.

基于统一强度理论的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于统一强度理论,推导出非均匀应力场的巷道围岩塑性区边界线方程式,可用于预测不同侧压系数时地下深埋隧洞的塑性区大小及形状.当不同程度地考虑中间主应力的影响时,围岩塑性区形状和大小有较大不同,且随水平应力与垂直应力差异性的增大,这种影响趋于明显.

摇椅形镍钛圆丝和方丝唇弓打开咬合前后下颌牙的三维变化

目的:比较摇椅形镍钛圆丝和方丝唇弓矫治安氏Ⅰ类或安氏Ⅱ类错伴深覆患者牙列时,下颌牙在三维方向上的变化,为临床选择不同类型的弓丝提供依据。方法:按标准选择40例病例,依据所使用的镍钛弓丝截面形态、尖牙向后"8"字结扎、唇弓末端回弯等不同,将研究对象分为4组。打开咬合前、后留取患者石膏模型,用激光扫描仪和图像处理软件Imageware扫描处理石膏牙模型,建立数字化研究模型,测量下颌牙的三维变化。应用SPSS12.0软件包对数据进行统计学分析。结果:摇椅形唇弓打开咬合时,会导致牙三维方向上的诸多变化,包括①下颌磨牙区牙弓宽度略增加,尖牙区和第二前磨牙区牙弓宽度变化不明显,牙弓长度有增加趋势。②下切牙龈向压低,唇侧倾斜;使用镍钛方丝及不作末端回弯、"8"字结扎时切牙唇倾较明显。尖牙向远中移动,向后"8"字结扎时移动明显,龈向变化不明显。第二前磨牙向升高;第一磨牙远中颊尖龈向压低,近中颊尖变化不明显,牙有向远中移动的趋势;使用镍钛方丝时,出现颊倾。结论:使用摇椅形唇弓打开咬合时,应用截面形态不同的镍钛圆丝或方丝及弓丝末端是否回弯和尖牙是否向后"8"字结扎,在下颌牙产生的三维变化有一定差异。

城市复杂隧道群中超小净距夹岩稳定性研究

以重庆红岩村处5座隧道组成的隧道群为背景工程,通过数值模拟和室内模型试验的方法,研究隧道群间夹岩的力学行为特征和破坏形态。结果表明:隧道群施工过程中,夹岩的主应力方向会发生偏转且应力集中效应明显,夹岩最薄弱处受剪严重且极易发生剪切破坏;夹岩最不利状态发生在第Ⅲ阶段(三纵线左侧主隧道开挖且未支护阶段);洞群失稳是从夹岩失稳开始的,故夹岩稳定是洞群稳定的关键,及时提供足够的支护反力或对夹岩加固才能够最大限度地保证夹岩的稳定性;模型试验得出的夹岩破坏过程和形式与实际工程中的相似、与理论分析和数值计算的基本吻合,验证了理论分析和数值计算的正确性。

圆板状岩样破坏过程中的渗透特性实验研究

利用一种自行设计的附加渗透试验装置,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上完成了圆板状岩样破坏过程中的渗透特性试验,得到了圆板状岩样渗透率、渗透压差、渗流速度与轴向荷载的关系,并对试验结果进行了分析和讨论。研究表明:1)岩样在渗透的同时发生弯曲变形,岩样的渗透率与其受力状态密切相关,当达到峰值载荷时,渗透率急剧增大,由此验证了突水是伴随着结构破坏的渗流失稳过程;2)岩样在破坏过程中,当轴向载荷达到峰值时,岩样两端压力差急剧减小;3)岩样两端压力差保持0.2MPa,轴向荷载达到峰值时,增压器活塞位移急剧增大,即渗流速度突然变大;4)冲剪破坏为圆板状岩样的主要破坏形式。

湖南常宁仙人岩金矿找矿过程及实物地质资料再利用

通过1988—1990年对前期保存的岩心进行重新取样分析测试,发现了达到工业品位的金的赋矿有利地段。实物地质资料的二次开发对该矿的找矿突破起到了关键作用。此后开展的几次勘查成果,保守累计至少金属资源量达到中-大型规模,经济效益显著。对该矿的成矿地质特征及成因进行了分析,指出了找矿方向。该实例表明,随着找矿理论的不断深入,通过研究周边已知矿床成矿模式及控矿条件,运用相似类比方法,科学开发已有的实物地质资料,是实现找矿突破的有效途径。

大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的"煤体-支架"协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的"低-中-高"层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,"中-低"位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下"煤体-支架"协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。

多因素引发的公路隧道偏压效应分析

针对鄂西北某高速公路隧道出口段由地形因素与顺层结构面因素共同引发的偏压问题,运用离散元方法进行数值分析。结果表明:多因素偏压下围岩压力分布极不均匀,表现出大小相间的分布形式,该值较地形因素与顺层结构面因素各自引发偏压下围岩压力之和高37%,偏压侧与非偏压侧围岩压力差值较各单因素偏压之和高23%,初期支护结构内力甚至呈现数量级式增长,三者均表现出多因素偏压下的附加效应。多因素偏压下,初支结构在水平方向表现为扩张变形,而竖直方向上则表现为非偏压侧上升、偏压侧下沉,呈现出顺时针方向旋转的"压旋效应"。在围岩压力分布、初期支护结构内力及变形方面,顺层结构面因素均较地形因素影响显著,表现出控制性作用。

废石尾砂混合料浆管道输送压力损失环管试验

环管试验是充填料浆配比设计和充填系统优化的依据。文章针对废石、尾砂替代棒磨砂在金川充填采矿中的应用,开展了混合充填料浆环管试验和管道输送压力损失研究。首先进行废石-尾砂料浆环管试验系统设计,包括试验场地选择、管路布设、试验工艺与实施步骤以及检测仪表;然后设计5组废石-尾砂配比混合集料,进行了不同料浆质量比与流量条件下的环管试验;最后分析环管试验的直管压力损失数据,揭示废石-尾砂混合料浆管道输送压力损失与废砂比和料浆质量比的变化规律,为废石尾砂在金川矿山充填采矿中的应用奠定了基础。

软弱围岩大断面隧道环形开挖预留核心土法相关参数研究

结合湖北省境内某隧道项目,采用三维建模模拟环形开挖预留核心土法在不同核心土长度、台阶长度、进尺深度、衬砌施作时间下围岩变形情况,找出环形开挖预留核心土法各因素对围岩稳定性的影响,获得经济合理的开挖参数。总结了施工关键点,为广大工程技术人员提供参考。

岩体中喷锚支护与衬砌结构计算研究

在爆炸荷载作用下,岩体洞室通常采用喷锚支护结构和整体被复结构。通过理论研究,给出了平面应变条件下圆形洞室动力分析的解析解,并对不同结构厚度及不同坚硬岩体进行了计算,得到符合宏观定性分析的计算结果,通过一组试验算例检验了该方法的正确性。