浅议构件的平面应力状态分析——主应力大小和方向

通过对基本构件的平面应力状态分析,从理论教学、实践和设计等方面进行了综合论述,提出了平面应力状态的主应力大小和方向的计算、判别方法,解决了主应力的方向不易确定的应力状态分析问题。

从震源机制中准确识别发震断层面对重构应力场的意义

基于震源机制的应力场反演,需要从震源机制的两个节面中准确地识别出发震断层面,然后通过拟合发震断层面的滑动方向获得应力场.然而,目前的技术和方法不能保证能够从所有的震源机制中准确地识别出发震断层面.因此,用于应力场反演的断层数据中会参入小部分辅助断层面,这部分假断层的存在会造成重构的应力场与实际应力场产生多大程度的偏离?本文通过合成实验揭示出,从部分震源机制中错误地选择断层面可能会造成重构的应力场方向和主应力相对大小(R)与实际产生较大偏离,重构应力场的偏离程度主要与实际的应力R值、错误选择断层面的震源机制所占的比例以及震源机制中包含的噪声大小这三个因素有关.当实际的应力R值为中间值附近时,只有准确地选择断层面才能准确地重构R值,当实际的应力R值较小时,准确地选择断层面有助于准确地重构应力方向,故准确地从震源机制中选择断层面可以保证在不同的背景应力场下都能准确地重构应力场方向和R值,这对于根据重构的应力场合理解释构造运动具有重要意义.

综放工作面临空开采顶煤主应力旋转特征

综放工作面采动应力场分区特征决定顶煤裂隙场发育特征,为获得临空开采条件下顶煤裂隙扩展的应力驱动机制,本研究采用数值模拟、理论分析和现场实测手段对该类综放工作面顶煤主应力分布特征进行分析。结果表明:顶煤渐进破碎过程受主应力大小和方向的双重影响,最大主应力升高和最小主应力降低促进顶煤破碎,后者碎煤效率为前者的3.0~4.5倍;煤层为含有大量原生裂隙的复杂地质体,裂隙煤体具有各向异性力学特征,主应力方向旋转必然改变顶煤力学行为,进而影响顶煤破碎难度和破坏裂隙扩展特征;非临空开采条件下,顶煤主应力分布呈现对称分布特征,主应力旋转轨迹在赤平投影图中集中为一簇,旋转幅度小;临空开采条件下,顶煤主应力分布呈现非对称特征,临空侧顶煤主应力集中程度明显高于实体煤侧,主应力旋转轨迹在赤平投影图中分为两簇,旋转幅度大;采动影响下,顶煤最大主应力向竖直方向旋转,最小主应力向水平方向旋转,根据主应力同平行于推进方向竖直平面之间的空间位置关系,将顶煤主应力方向旋转轨迹划分为4个阶段:面外旋转阶段、面外反向回旋阶段、面内反向回旋阶段和非协调旋转阶段;最后采用临空开采工作面两侧巷道围岩的非对称变形现象验证了顶煤主应力方向旋转轨迹的非对称分布特征。

综放开采顶煤裂隙扩展的应力驱动机制

为探究采动应力场作用下顶煤裂隙场发育特征,采用室内实验、数值模拟、理论分析和现场实测等方法对综放开采顶煤裂隙场扩展的应力驱动机制进行了分析。顶煤冒放性同采动裂隙发育程度呈正相关,推导出顶煤裂隙发生Ⅰ,Ⅱ和Ⅰ-Ⅱ型扩展的应力场条件和优势扩展裂隙角确定方法,顶煤裂隙扩展与否和扩展类型受到主应力大小和主方向的影响;煤层回采后,顶煤最大和最小主应力均存在超前峰值现象,最大主应力演化存在增大和减小2个阶段,最小主应力则经历增大、减小和反向增大3个过程;煤壁前方最大和最小主应力方向在平行于推进方向的垂直平面(α)内向采空区旋转,两者在平面α内的旋转角度一致,煤壁后方发生反向回旋,最大主应力偏离平面α,最终旋转至工作面倾斜方向;最小主应力在水平面内的旋转角度同推进方向与初始最小地应力方向之间的夹角相等,最大主应力在水平面内不旋转;由于主应力增大和主方向旋转,顶煤裂隙首先发生Ⅰ型扩展,最大主应力峰值附近,顶煤裂隙在高围压作用下发生纯II型扩展,煤壁附近,顶煤裂隙在开挖卸荷作用下发生Ⅰ-Ⅱ混合型扩展,破碎顶煤最终于支架后方冒落;由于主应力方向的旋转效应,顶煤采动裂隙向采空区倾斜,根据顶煤裂隙扩展机理的不同,将顶煤划分为原岩应力区、微裂隙加密区、剪切破坏区、拉剪混合破坏区和散体冒落区。

1992年兰德斯地震震源处应力量值的研究

给出了根据地震前后应力轴偏转、地震应力降和地震前后相对主应力大小,计算震源处应力量值的方法.并将该方法运用于兰德斯地震的霍姆斯特德谷断层段,获得了该子断层10 km深度处震前最大、中间和最小主应力的量值分别为271,266 MPa和259 MPa;震前断层面上的正应力和剪切应力分别为265 MPa和6.2 MPa;震后断层面上的正应力和剪切应力分别为266 MPa和1.6 MPa.研究结果表明,地震发生后,正压应力增大,有利于破裂的终止;震前剪切应力大于震后剪切应力,且它们的差基本上与应力降大小相近.从研究结果可以看出,虽然地下压应力很大,但是差应力并不大,投影到断层面上的剪切应力也较小.

浅埋隧道悬臂掘进机施工工艺分析与研究

该文主要分析施工前、后的围岩应力状态和围岩抗剪安全系数指标,施工过程中距离隧道轴线4、8 m处,距离拱腰1、3、4、5 m的最大和最小主应力和围岩抗剪安全系数。并得出最大、最小主应力的影响范围在距拱腰0~4 m内。施工完成后距离拱腰越近,围岩的抗剪安全系数越大,并且距离拱腰0~3 m安全系数降低,在3 m以后安全系数增加。综合比较得出三台阶法施工对围岩的扰动性最小。

耳墙式隧道结构受力特征研究

基于连拱隧道洞口端存在严重偏压和边坡高陡现象,设计一种新颖特殊隧道——耳墙式隧道,即在深埋侧设计隧道浅埋侧路堑的结构形式。以常德—吉首高速公路殿会坪隧道为工程背景,建立有限元数值计算模型,针对洞口边坡不同的地形偏压率P=7.0,P=4.0,P=2.5对应3种工况分析研究隧道围岩、耳墙和支护结构典型断面的受力特征,优化该隧道的设计和施工工序。研究结果表明地形偏压率P=4.0时结构受力比较合理,也进一步验证了该工程设计的合理性。

砂砾材料非线性承载力研究

对砂砾材料进行击实特性、回弹变形特性研究,结果表明:砂砾材料在最佳含水率状态和泡水极限含水率状态的回弹模量都随单位压力的增大而增大,应力应变关系表现出明显的非线性。利用Ansys有限元软件建立几何模型提取单元的大小主应力σ1、σ3,按最小二乘法原理,计算砂砾材料在不同最大粒径、不同级配组成、不同含水率条件下LC非线性承载力模型E=(a+bσ0.53)σ0.51+c的参数a、b、c,即推导出砂砾材料LC非线性承载力模型,从而为粒料基层沥青路面整体结构非线性承载力研究提供理论支撑。