高地应力环境下坚硬岩体河床坝基开挖的变形破坏机理研究

小湾水电站坝基岩体在开挖过程中,暴露出一系列的变形破坏现象,主要表现为"板裂"、表面岩爆、沿已有裂隙张开、扩展和错动等。在对上述变形现象分析的基础上,研究了高应力环境下坝基岩体开挖的地质力学响应,发现:河床坝基岩体在开挖过程中所表现出的变形主要集中在坝基浅表,且具有时效性。根据变形破坏现象分析和变形响应研究,对高地应力环境下坚硬岩体河床坝基开挖的变形破坏机理有了新的认识,是河谷下切和开挖卸荷过程中的应力重分布造成的浅表生改造的结果。最终,将河床坝基岩体的变形破坏归纳为"压致拉裂—卸荷回弹"模式,且以压致拉裂为主。

蠕变对坚硬岩体的地应力测量的影响分析

在不同的围岩和应力条件下,尤其是含有多种其它介质夹杂的坚硬围岩,钻进速度对地应力测量有直接影响。一般来说,钻进速度对地应力测量产生影响的主要原因是岩石的蠕变特性。针对不同岩性、不同应力条件下的复杂围岩体,提出了在地应力测量的不同阶段,钻进速度应遵循的原则。

坚硬岩体巷道掘进爆破技术方案设计与试验

针对在坚硬岩体中遇到的爆破技术难题 ,结合现场岩石条件在理论计算的基础上进行了爆破方案设计 ,并完成初步试验 ,爆破效率提高近一倍 ,取得了较理想效果 。

坚硬岩体中马蹄形洞室岩爆破坏平面应变模型试验

为了探讨马蹄形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机理,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取了合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了长800 mm×宽800 mm×厚200 mm的马蹄形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行高应力条件下平面应变物理模型试验。试验结果表明:在高地应力条件下,马蹄形洞室坚硬脆性围岩岩爆破坏主要在洞壁围岩初始破坏裂纹产生后,在极短的时间与极窄的加载区间产生的破坏,破坏具有突发性;洞室围岩在发生岩爆破坏后,围岩应力要进行重新调整,在相对较长时间与加荷区间内围岩表现相对稳定。岩爆破坏过程的物理模拟结果与工程实际基本一致。

坚硬岩基础定位爆破与液压胀裂联合开挖施工技术

坚硬岩基础的开挖,采用定位爆破和液压胀裂联合开挖技术,克服了坚硬岩石基础开挖速度慢,基础超挖严重的施工难题;同时减少了对持力层岩石的扰动,降低了超挖回填量,实现了坚硬岩基础开挖施工过程的绿色、环保和节能。

双孔膨胀致裂坚硬岩体裂隙扩展演化试验研究

以控制深部坚硬顶板为切入点,通过地质普查、膨胀剂参数试验、RFPA计算等方法,利用声发射(AE)、微震实时动态监测等手段,开展双孔膨胀致裂坚硬岩体裂隙扩展演化的试验研究。研究表明:水灰比为1∶3的膨胀剂产生的膨胀力远大于岩石的抗拉强度;双孔膨胀致裂的岩块沿双孔连线的水平位置断裂,产生的微震事件多集中在岩体中心位置;膨胀压力达到7.8 MPa时岩体开始破裂,钻孔附近出现的无应力区扩大且向中心靠拢,随裂隙贯通形成空腔;致裂至第9 h的事件数及能量级最大;随隙贯通,声发射信号在钻孔内部形成叠加,呈现"两端小中间大"的"一"字长条结构。

提高手掘式顶管管前坚硬岩体凿挖施工效率的一种方法

在分析坚硬岩层特点的基础上,通过降低管前岩体综合抵抗强度,使手掘式顶管施工由传统的操作模式"开挖—顶进"改为新的操作模式"劈裂—凿挖—顶进",提高岩体凿挖施工效率,使得手掘式顶管在坚硬岩地层中施工取得了较好的效益。

土压平衡盾构在坚硬岩地层掘进技术研究

土压平衡盾构在坚硬岩层掘进存在一定的局限性,当采用土压平衡盾构推坚硬岩时,需从盾构刀盘、刀具合理配置、盾构掘进参数的合理选用、增加质量保证措施等多方面进行综合考虑,对土压平衡盾构推坚硬岩技术进行研究,并在实际工程项目中对研究情况进行有效性验证。

坚硬覆岩预裂弱化改性效应及导水裂缝带控制机理

针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题,充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术,提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法,研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应,详细阐述了不同弱化层位对导水裂缝带的控制机理,并进行了实测验证。研究结果表明:预制裂缝可以使坚硬岩石往强度低的方向进行转变,并将完整岩样的劈裂破坏特征转变为以预制裂缝为主控的张拉剪切破坏,坚硬岩石的破坏程度由剧烈趋于缓和;揭示了预制裂缝对坚硬岩体的弱化改性效应,计算得到应力与裂缝耦合的损伤变量,定性的分析了弱化程度与岩性转变的关系,改性后岩体能量存储能力降低,耗散能力增强;数值模拟了不同弱化层位对导水裂缝带的控制效果,综合对比覆岩破坏形态、裂隙数量及破坏高度动态演化规律,发现“马鞍形”破坏形态随着弱化层位的升高而逐渐减弱,覆岩裂隙数量演化基本呈现“缓增−突增”的演化趋势,未弱化以及中、高位弱化覆岩破坏高度动态演化近似呈现“S”形,而中位弱化呈“半抛形”,综合分析得出低位弱化对导水裂缝带的控制效果最好;在分析高、中、低位坚硬岩层破坏特征的基础上,揭示了不同预裂弱化层位控制导水裂缝带发育机理;钻孔实测孟村矿顶板压裂条件下的“两带”发育高度,对比发现预裂弱化条件下裂采比降低,初步验证了顶板预裂弱化对导水裂缝带发育的抑制性。研究成果将为深部矿区耦合灾害防控、水资源及生态保护等领域提供理论和科学依据。

坚硬灰岩顶板破断对煤层底板破坏特征

为研究坚硬灰岩顶板破断对煤层底板变形破坏的影响,以黄河北煤田邱集煤矿111107工作面为背景,基于顶板岩体破断动载应力函数,运用FLAC^(3D)模拟了坚硬灰岩顶板破断对采空区底板的破坏过程,对比了不同动载幅值下采空区底板破坏特征,基于深孔聚能爆破预裂技术,设计了爆破切顶方案,为坚硬灰岩顶板工作面安全开采提供保障。模拟结果表明:动载作用前后底板破坏范围和深度有明显增加,底板最大破坏深度达12 m,动载作用结束以后,残余应力波仍持续影响采场底板,直到灰岩顶板破断150 ms后,采场底板的动力响应才全部结束;随着动载幅值增大,底板破坏范围逐步增大;在持续时间相同的条件下,当幅值小于10 MPa时,动载作用前后底板破坏变化不明显;当幅值大于10 MPa时,动载作用前后底板破坏有明显变化。

坚硬岩地基锚杆抗拔承载机制及破坏模式分析

为研究岩石锚杆基础的抗拔承载机制及破坏模式,考虑锚杆埋深、孔径及混凝土养护龄期的影响,选用硬质花岗岩场地进行了24个原位锚杆载荷试验,采用分布式光纤传感技术对其中7个试验应变进行了测试,分析锚杆上拔荷载传递机理、承载性能影响因素及破坏模式和特征,得到以下结论:孔径大、埋置深的岩石锚杆上拔荷载与位移曲线表现为硬化型,破坏形式主要为锚筋屈服;浅埋、小直径的岩石锚杆上拔荷载-位移曲线大多为软化型,破坏主要发生在锚筋与混凝土界面、锚杆与岩体界面及浅基的基岩中,为剪切复合破坏形式。有效锚固深度小于1.6 m、锚筋与细石混凝土间黏结强度均值为2.82 MPa、混凝土与花岗岩界面抗剪强度不小于1.89 MPa的锚杆,极限抗拔承载力受临界深径比影响显著,而混凝土养护龄期大于5 d后,混凝土对锚固性能影响不明显。

坚硬斜层岩钻孔灌注桩钻进施工技术

本文通过单轴饱和抗压强度大于60MPa中风化斜岩地质条件下的钻孔灌注桩施工,总结了在此地质条件下,为解决高强度基岩桩基施工难度大所采取的措施,以及冲击锤体改进、钻孔钢护筒结构及钻孔工艺优化方面的经验与教训。

提高坚硬致密矿岩中大直径深孔侧向崩矿质量的分析

本文分析了爆炸能中冲击能与膨胀能的分配、起爆方式及炮孔装药结构等三个方面,以坚硬矿岩中大直径深孔侧向崩矿质量的影响。指出对坚硬致密矿岩体应选用波阻抗值较高的炸药进行爆破,并选择增大起爆能与合理起爆方式,以增大冲击能比例,提高破碎质量。在装药结构方面,应尽量试验采用柱状中空药包或采用连续装药方式进行爆破作业,少用甚至取消轴向间隔装药方式。

浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理研究

对浅埋坚硬覆岩下开采地表塌陷机理进行了数值模拟.结果表明,采场上方存在高应力束组成的"复合应力拱","外应力拱"承担覆岩及地表土的自重并将其传递至采场两侧实体煤内,"内应力拱"主要承担悬空顶板的重量并传递至煤柱."复合应力拱"形态随时间推移而不断演化,"内应力拱"不断合并抬升直至与"外应力拱"重合,最终拱肩处岩体受拉压复合应力作用而首先开裂,从而破坏了"复合应力拱"成拱机制而导致采场上方覆岩断裂、地表塌陷.

坚硬围岩初期支护合理时机研究

针对某水电站业已完成的地下厂房第一期开挖开展坚硬围岩初期支护的合理时机研究。首先,根据地下厂房围岩变形监测资料,研究分析了围岩位移变化率的时间效应及坚硬围岩的应力释放特征;其次,借助二维有限元分析软件Phase2,通过指定不同的应力释放系数来模拟不同的洞室支护时机,计算结果表明在不同应力释放阶段,围岩自承载能力和围岩变形均表现出阶段性发展的趋势;随支护时机推迟,支护应力减小,围岩塑性区和开挖变形量增大;同时考虑坚硬围岩应力释放的时间效应,研究围岩变形特征曲线,为初期锚喷支护的设置时机提供了可以测量、控制的研究手段。最后,综合不同支护时机下的支护抗力和围岩应力、变形分析表明:针对该水电站地下厂房坚硬围岩,应力释放达约60～70%或开挖通过施工断面15d左右是一个较为有利的支护时机。计算结果符合地下工程施工过程的一般规律,对于该水电站地下厂房正在进行的开挖支护活动具有很好的参考价值。

坚硬脆性岩体中圆形洞室岩爆破坏的平面应变模型试验研究

为了探讨圆形地下洞室围岩岩爆破坏过程与机制,以单轴抗压强度(σc)、脆性系数(K)与冲击能量指数(WB)为概化指标,通过物理模型材料的正交试验,选取合适的具有岩爆倾向性的坚硬脆性岩体物理模型材料,制作了尺寸为800mm×800mm×200mm(长×宽×厚)、中心为φ160mm的圆形洞室物理模型试件,并在岩土工程大型真三轴物理模型试验机上进行平面应变物理模型试验。试验结果表明:在保持物理模型试件水平荷载与垂直荷载相等并同步提高过程中,围岩由弹性状态进入塑性状态,σθ-(r/r0)曲线表现峰值后移,σr-(r/r0)曲线形状变化不明显。当对物理模型试件同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为600kN时,洞壁出现葱皮状剥落。同步施加水平荷载Ph与垂直荷载Pv均为630kN时,围岩在极短的时间与极窄的加载区间内围绕洞壁出现大规模突发性破坏,继续同步施加Ph与Pv,在相对较长时间与荷载区间内,围岩应力调整,出现相对稳定期。

坚硬矿岩台阶深孔爆破降低大块率的综合措施

大块率是评价露天开挖深孔爆破效果的重要指标。如何降低坚硬矿岩深孔爆破的大块率一直是硬岩开挖的主要研究课题。论文在南山铁矿凹山采场坚硬矿岩区段进行了增加炸药单耗、控制炸药质量、降低单孔负担面积、加钻短炮孔、孔中或孔底间隔装药等试验措施,提出了降低大块率的综合措施,可为同类矿山借鉴。

完整坚硬岩隧道TBM掘进辅助松动爆破试验研究

完整坚硬岩石对TBM掘进影响巨大,基于传统钻爆法与TBM工艺相结合,进行单孔及多孔试验获取合适的爆破参数,依托正常掘进TBM洞段,在刀盘前方采用爆破方法制造裂隙,改变围岩条件,研究以松动爆破方式辅助TBM掘进效率提升的影响度。分两阶段展开的试验无论是爆破区域围岩变化分析结果,还是TBM实际掘进过程验证,均获得具有一定价值的技术参数积累及研究指向;但整体研究仍停留在较为初始的范畴,因此,本文对该项技术的推广应用与后续科研工作开展提出展望。

坚硬覆岩顶板条件下动力灾害危险性分析

宣东煤矿煤层上方存在一层厚达200m的坚硬覆岩,通过理论分析、现场实测等方法,认为坚硬覆岩是其动力灾害发生的主要动力源。坚硬覆岩的跨度随回采工作面的推进而不断增加,聚集大量弹性能,为下方工作面开采埋下很大的动力灾害隐患。在此基础上结合动力灾害的致因提出具有针对性的防冲防突措施。

深埋隧道坚硬围岩变形特征三维数值分析

秦岭终南山公路隧道埋深大,地质环境复杂,2号竖井下洞群多次跨越既有公路与铁路隧道,结构尺寸多变,受力复杂;岩爆频发;滑坡、塌方和冒落等严重制约通风及建设效率。基于现场工程与地质特征分析,采用三维数值计算,对东线隧道和西线隧道交叉点的稳定性对比分析,为隧道及洞群优化设计提供科学的定量化依据。