静载煤巷破裂失稳致冲的侧向应力影响规律研究

开展集中静载荷型冲击地压研究,对揭示实体煤巷道静载作用下冲击地压事件的发生过程及优化巷道支护设计方案具有重要意义。以甘肃某煤矿6126−1工作面回风顺槽水平应力作用下巷道失稳破坏为研究背景,通过自主设计的煤巷结构加载系统研究上覆载荷缓慢迁移叠加过程中侧向应力对煤巷失稳破坏及冲击危险性影响。试验中预设0 MPa、2.2 MPa、4.5 MPa三个侧向应力水平模拟煤巷近场侧压作用,利用声发射和摄像系统捕捉煤巷结构破裂失稳过程,揭示不同侧向应力下煤帮渐进破坏及冲击致灾机理。研究结果表明:上覆静载作用下煤巷与煤样(柱)的失稳冲击过程不同,弹脆性失效煤样在煤巷结构中呈现明显的峰后应变软化特征,导致煤巷结构的冲击倾向性相较于煤样(柱)有所降低,但高侧向应力会显著提升煤巷的冲击危险性。裂纹演化规律也有明显差异,煤帮失效的峰前阶段裂纹模式由最初的拉伸转变为剪切,并在约50%应力峰值剪裂纹占比达到最大;另外,侧向应力越大,峰值前后拉剪裂纹模式转变程度越小,剪切裂纹占比越高。根据研究结果对现场巷道防冲卸压及支护方案进行优化,为类似条件下煤巷冲击地压防治提供工程借鉴。

强侧向支承应力回采巷道支护方案设计及应用

针对某矿3304运输巷道在面临强侧向支承应力时的支护难题,综合运用现场调研、文献检索、理论分析等研究方法,探析3304运输巷的围岩变形特点及支护方案优化重点,设计了一套“浅-深”部锚杆-锚索协同支护方案,并成功进行了工程实践。矿压实测结果表明,该支护方案实施后,巷道顶板最大下沉量控制在150 mm,煤柱帮最大变形量控制在110 mm,实体煤帮变形量控制在65 mm,底板最大鼓起量控制在30 mm。围岩发生一定程度变形,但整体控制效果较好,保障了巷道有效支护及使用。

深层土侧向应力的试验研究及新认识

在不同试验室利用多种试验仪对河北省衡水、黄骅等地区埋深500 m以内的多个土样,进行了静止侧压力系数K0试验。试验结果表明:土的静止侧压力系数K0并不总为常数,指出了岩土工程中常用静止侧压力系数公式K0=△σ3/△σ1求侧向应力σ3的适用范围与不足,认为该公式用于垂向应力σ1小于200 kPa时浅部土体求得的侧向应力σ3基本适用,用于垂向应力σ1大于200 kPa的深层土求得的侧向应力σ3则存在一定缺陷,可能引起深部土体工程的不安全隐患或事故。指出了不同类型土的侧向压力σ3与垂向应力σ1存在较好的幂函数相关关系,说明了对相同土样不同试验方法测试侧向应力σ3也有差异,总结出正确求得不同深度土体侧向应力σ3的方法。研究成果可为岩土工程施工与研究提供可靠技术参数。

坑侧土体卸荷的侧向应力-应变关系研究

利用平面应变仪对坑侧土体进行k0固结-侧向卸荷的试验研究,指出经过侧向卸荷过程的土样抗剪强度指标与常规三轴压缩试验结果明显不同;得出侧向卸荷土体的侧向应力-应变间也呈双曲线关系,据此运用邓肯-张建模思路,推导出反映坑侧土体侧向卸荷实际应力路径下的侧向应力-应变关系模型,模型预测与试验结果吻合较好。

侧向应力对裂隙渗透性的影响

目前不同试验者得出的侧向应力对裂隙渗透性影响的结果存在矛盾,其根本原因在于侧向应力对裂隙有多方面的影响。侧向应力引起裂隙开度增加、壁面磨损、充填物压缩。这些对裂隙渗透性有不同的影响。根据裂隙是否存充填物,建立了相应的三维应力对裂隙渗透性影响的表达式。当不存在充填物时,裂隙渗透性与侧向应力呈指数关系,当存在较多充填物时呈负指数关系。把两种情况写成统一的指数形式,认为裂隙存在少量充填或者裂隙壁面磨损时也是适合的。利用已有的试验成果对结果进行了验证,表明本文建立的表达式与试验结果符合得比较好。

弱化顺槽顶板降低工作面侧向应力的模拟研究

针对工作面瓦斯尾巷难以维护的一类工程问题,采用三维有限差分法模拟研究了弱化顺槽顶板岩层对屯兰矿综采工作面采动侧向应力分布的改善规律。研究结果表明,随着对顺槽顶板岩石弱化程度的提高,工作面侧向支承应力峰值降低,影响范围减小。即工作面侧向巷道的稳定性将随着对顺槽顶板硬岩层的弱化程度提高而得到有效改善。

侧向卸载条件下原状黄土侧向应力-应变新模型

针对黄土地区工程建设中大量存在的基坑开挖、边坡开挖等卸载类平面应变问题,利用改造后的西安理工大学真三轴仪,模拟平面应变卸载应力路径,进行了原状黄土的侧向卸载试验研究,指出平面应变侧向卸载应力路径下原状黄土的侧向应力-应变曲线呈非线性关系,可用改进后的幂函数近似表示。据此,提出了一种新的复合幂非线性模型,并给出了其参数的求解方法,新模型综合考虑了含水率和固结应力状态的影响,新计算过程简便,预测误差小,与试验结果吻合较好。说明复合幂非线性新模型能很好的描述侧向卸载土体的侧向应力、应变特性,可为今后卸载类黄土工程的侧向变形预测计算提供参考。

竖向加载方式对桩侧向应力及侧阻性能的影响

为了研究竖向加载方式对桩侧阻性能的影响,采用数值模拟分析方法,分析了在桩顶下压、桩顶上拔和桩底上顶3种加载方式下由竖向荷载引起的附加的桩侧向应力.结果显示:在桩顶下压加载方式下附加的桩侧向应力为压应力,在桩顶上拔和桩底上顶两种加载方式下附加的桩侧向应力为拉应力;产生附加的桩侧向应力的主要部分位于桩顶下15～20m范围内及各土层分界面上下2.5m范围内;附加的桩侧向应力的最大值可达土自重产生的侧向应力的±80%以上,但沿桩长变化的梯度很大;桩周土类型、桩长和桩径对附加的桩侧向应力的数值及沿桩长的分布有不可忽略的影响.根据桩侧向应力与桩侧阻力之间的定性关系,讨论了竖向加载方式对桩侧阻力的影响.指出:通常不考虑土层的部位、不考虑桩长和桩径将桩顶下压加载方式下的桩侧阻力乘以一个折减系数作为桩顶上拔或桩底上顶加载方式下的桩侧阻力的做法是不适宜的.

基坑坑底土体侧向应力状态变化的研究

围绕基坑稳定的问题，定性地分析了开挖（卸荷）后土体中侧向应力的变化，重点在于卸荷土体静止侧向压力系数的确定。

刀把式工作面切眼对接阶段煤体采动应力分布规律研究

以云盖山二矿23304工作面为工程背景,对工作面基本顶的破断形式直接影响刀把式工作面由短工作面过渡到长工作面时切眼对接阶段衔接面周围煤体的应力分布和矿压规律进行了研究。采用理论分析结合3DEC数值模拟的方法分析了云盖山二矿23304刀把式工作面1号切眼工作面与2号切眼对接阶段基本顶不同破断形式和覆岩结构特征,揭示了不同岩梁属性对内应力场范围的影响规律。结果表明,侧向关键块B断裂位置对煤体影响程度由小到大依次为:采空区侧、煤壁前方、煤壁正上方,侧向基本顶断裂位置深入煤体6.21 m,内应力场范围约为12.91~14.43 m,煤体弹性模量对内应力场范围表现为负相关且影响最显著。

重塑黏土侧向应力变化的试验研究

文章通过室内试验,对重塑黏土在不同含水量、不同排水条件和不同加载过程中的侧向应力情况进行了系统研究,分析了影响侧应力系数变化的条件,揭示了重塑黏土侧应力系数的变化规律。试验结果表明:加载情况下,侧应力系数的变化过程与孔隙压力增量的变化过程一致;土体在固结完成时,侧应力系数与饱和度呈正比例线性关系。

深井大采高综采工作面侧向采动应力场特征研究

为掌握西部深井大采高综采工作面侧向采动应力场特征,采用钻孔应力监测技术现场试验方法,结合微震井上下联合监测技术,对深部弱胶结顶板6 m大采高工作面侧向采动应力特征进行实测研究。研究结果表明:深部大采高综采工作面侧向采动应力场影响距离大,其演化特征按侧向距离大小划分为“三区”“两区”“一区”,临界侧向距离分别为16、95 m,应力集中系数最大达6.15。通过对6 m大采高综采工作面3次方级以上大能量微震事件发生的平面位置,以及微震事件能量和频次的分区特征进行分析,验证了侧向应力场实测结果的正确性。研究结果可为西部深井大采高工作面合理区段煤柱留设及防冲提供依据。

不同侧向应力作用下轻骨料混凝土力学性能研究

从轻骨料混凝土双轴受力状态和粘结性能2个角度出发,研究不同侧向应力作用下轻骨料混凝土的力学性能。结果表明:双轴压-压工况下,侧向应力较大或较小时,试件呈现劈裂或剪切破坏形态,峰值应变绝对值随侧向应力增加而减小;双轴拉-压工况下,无论侧向应力为何值,试件均呈现劈拉破坏形态,峰值应变随侧向压力增加而减小;粘结滑移曲线在不同侧向拉力时,升高段和降低段呈现非同种特性,平均粘结强度随侧向拉力均值的增加而降低。基于Kupfer提出轻骨料混凝土双轴力学性能新破坏准则,可以良好描述轻骨料混凝土在侧向应力作用下的破坏规律。

预应力碳纤维布加固混凝土矩形柱侧向约束应力的研究

在普通碳纤维布约束素混凝土圆形截面柱侧向约束应力模型的基础上,推导出预应力碳纤维布约束素混凝土矩形截面柱的侧向约束应力公式,考虑到混凝土柱转角处容易形成应力集中,碳纤维布与混凝土接触的粘结力及由于材料性质不同引起的应力重分布等因素,引入相应的折减系数,使得加固体系侧向约束力由圆柱向矩形柱合理的过度,得出合理的预应力碳纤维布加固矩形柱侧向约束应力模型。

谈Duncan-Chang模型中侧向主应力对切线模量的影响

利用常规低塑性粉土和低塑性粘土的性质参数,计算分析了Duncan-Chang模型中初始切线模量E i和切线模量E t受侧向主应力σ3的影响,并分别总结了影响规律,以加深工程人员对Duncan-Chang模型的了解,更加合理地利用该模型对土体进行分析。

侧向应力真的会影响沉降吗？

一些施工技术的革新，如挤密灌浆、旋喷桩的回旋成孔、夯扩桩中斜截面夯锤的使用，都强调现场土体侧向应力的增长。这里提出的问题是，侧向应力的影响除了加密土体，或提高桩土界面的摩擦力外，是否会减小地基土体的沉降。正常固结土侧向受力达到被动极限状态后，再施加竖向荷载得到一系列摩尔圆，它的应力路径表明土体有一个从固结状态到线弹性状态的转变。这一转变需要，同时也依赖于颗粒间摩擦力方向的改变，这些改变将产生很小的应变，而不需要土体很明显地受压，产生的超静孔隙水压力将通过加固土体的夯扩桩消散。就象公路路基所起的作用一样，加固处理后的土层将使应力扩散到下卧土层。

约束应力下UHPC直剪性能试验及有限元验证

通过使用3个“Z”型推出试件和有限元模拟来研究超高性能混凝土(UHPC)的直接剪切行为。使用约束应力作为测试变量,对剪切行为的荷载-相对滑移曲线、初裂强度、直接剪切强度、破坏模式等进行了试验和有限元模拟验证。试验结果表明:约束应力为0、4、7MPa的UHPC,其直剪强度分别为19.17、25.21、28.46MPa。用模拟对比试验的极限剪切强度,两者比值的平均值为0.981,标准差为0.018,模拟结果非常吻合。由于约束应力的作用,UHPC的剪切刚度、剪切滑移量及残余承载能力会相应增大,但约束应力的增大对残余承载能力的提升并不明显,这与失效时释放的能量有关。

侧向地应力对深挖方红层软岩路基上拱的影响研究

为揭示侧向地应力对红层软岩路基上拱变形的影响,提出相应的计算分析方法及参数获取方法。采用自研的可调控侧向应力的二维变形试验装置,开展不同侧向应力条件下的卸荷回弹试验和浸水湿化膨胀试验,研究侧向应力、加卸荷和湿化膨胀对红层软岩变形的影响,通过数值模拟探究深挖方红层软岩路基在侧向地应力影响下的上拱变形机制。研究结果表明:侧向地应力导致的上拱变形量占总变形量的65.8%~67.8%;相较于无侧向应力,有侧向应力条件下上拱变形量增加1.6~1.9倍;湿化膨胀产生的上拱变形量是侧向应力引起上拱变形量的0.5倍。上述因素对上拱变形量的影响大小依次为:开挖卸荷、侧向应力、湿化膨胀。而当侧压力系数增加到0.6以后,对上拱变形影响更为显著。研究表明侧向地应力是红层软岩路基上拱的重要原因之一,研究结果可为红层软岩路基上拱治理提供理论支撑或参考。

软土地基搅拌桩施工影响控制措施及其效果分析

为了减小软土地基中水泥搅拌桩施工的影响,建立水泥搅拌桩施工的数值模型,分析搅拌桩桩间距、隔离槽、施工速度对降低搅拌桩施工影响的效果,以便提出控制措施。数值模拟结果表明:适当增加搅拌桩桩间距,能有效地减小搅拌桩施工引起的径向应力和竖向应力,降低搅拌桩施工影响;设置隔离槽可以隔断搅拌桩施工影响的传输通道,有利于减小搅拌桩施工引起的径向位移;降低搅拌桩的施工速度,减小了搅拌桩施工振动,减了小桩周土体中的超孔隙水压力和竖向位移,对径向位移影响很小。

土工离心试验应力相似差异特征与设计准则

土工离心试验优越性的基础在于建立模型与原型相同的应力条件与分布,认识模型与原型之间应力相似差异与表征参数对控制系统误差和优化设计参数具有重要指导价值。引入总体分布应力、附加侧向应力和耦合动应力3个新概念与定义,对模型与原型之间应力差异特征、表征参数和设计准则等进行了深入研究。总体分布应力采用应力误差描述,表征参数为模型高度H和最大半径maxR;当maxH/R≤0.3和0.15,可控制模型极限应力误差≤10%和5%。附加侧向应力由模型中心剖面向两侧宽度增大分布,由模型宽度b、有效半径efR和有效离心加速度efa决定大小;以100 kPa为标准,给出了不同离心加速度下有效半径与允许模型设计宽度关系。耦合动应力影响采用目标与额外应力比进行评价,以efR和角速度？为表征参数,给出了应力比以10%和20%为标准的efa-efR的临界关系曲线;当efa≥10g、efR≥4 m时,耦合动应力的影响可以忽略。研究提出的新概念、表征参数和设计准则,为改进设备、模型参数设计和推动量化研究提供研究基础与参考依据。