深部开采圆形巷道围岩破损区与支护压力的确定

应用经典塑性力学理论确定的圆形巷道围岩弹塑性应力场存在一些问题,这影响深部圆形巷道的稳定性评价及支护设计的合理性。应用塑性力学求解新体系确定的圆形巷道围岩弹塑性应力场准确解,进行了各向同性均质地层中圆形巷道破损区、地层残余强度与支护压力关系方面的研究,取得了如下成果:(1)破损区随开采深度的增加而增大,它们基本呈线性关系。(2)建立了支护压力与巷道埋深、围岩强度、围岩破坏后残余强度、围岩泊松比和重度之间的关系。研究成果可为支护设计提供重要参考。

高地应力条件下围岩破损区岩体力学特性研究

利用细观损伤力学的基本原理,建立了高地应力区围岩稳定分析的细观损伤力学模型,对围岩破坏全过程进行了分析模拟。引入等效模型的概念,对破损区域内围岩在破坏前后分别建立等效模型,进行数值力学试验,根据试验得到的力学特性曲线,对围岩开挖破碎带岩体主要力学参数(强度、变形模量等)随施工过程的变化规律进行了深入的定量研究,得到了岩体主要力学参数的变化数值,为岩体稳定分析和结构设计提供了可靠的依据,同时也进一步明确了开挖后围岩扰动区域的划分标准。

盐岩密集储库群破损区演化试验研究

采用地质力学模型试验的手段,研究不同储库间距下矿柱破损程度随储库压差增大的演化规律。主要完成以下内容:根据试验需要,对模型试验中涉及的若干关键技术进行研究,包括模型材料、地应力生成系统、内压加卸载系统以及测量技术,并提出一种新的侧向地应力梯形分布精细模拟的球形颗粒流加载方法;设计并完成3个试验方案;对模型试验进行数值模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,指出有压腔之间的矿柱是否能够保持稳定是储库群是否发生连锁破坏的关键。

围岩破损区的时效模型探讨

开挖扰动形成的围岩破损区由于力学性质弱化,容易发生时效变形,引起围岩破损区时效变形甚至失稳的主因是破损区岩体流变特性中的蠕变性质。本文将塑性位势理论引入元件流变模型,基于"不可逆变形难以区分出塑性部分和不可逆粘性部分"的认识,建立了一种适用于描述围岩破损区演化的时效本构模型(流变本构模型),该模型在低应力状态下反映粘弹性性质、高应力状态下反映粘弹—粘塑性性质。与同类型的元件流变模型相比,本文推导的流变模型只增加了一个可以由力学试验获得的长期强度参数,却可以延用塑性位势理论中的屈服条件作为稳态蠕变过渡到加速蠕变的判断准则(即蠕变破坏准则)。

基于CT试验的岩体分区破损本构模型

在砂岩单轴压缩CT试验的基础上,定义了岩土材料的安全区、损伤进行区和破损区,对分区的CT阈值标准进行了讨论和经验选定。在此标准下,取得了所有断面在各加载阶段下的分区结果,并以第5扫描断面为例给出了分区的结果。利用数学形态学的图像测量技术对所有断面各区的CT信息进行了检出和统计分析,并对各个区上砂岩CT数随加载过程的变化规律以及破损区产生的条件进行了研究。根据检出的各加载阶段的安全区、损伤进行区和破损区的CT数统计资料,定义了一个基于CT数的统计损伤变量,建立了损伤演化方程,以此为基础建立了可反映砂岩分区破损的本构模型。

基于单轴压缩CT技术的混凝土细观破损分区研究

本文以混凝土试件实时单轴压缩CT图像为基础,将破损分区理论应用于混凝土CT图像的分析中,通过对分区的CT数阈值标准进行讨论和经验选定,定义了混凝土材料的安全区、损伤进行区和破损区。在此分区基础上,对不同加载阶段的安全区、损伤进行区和破损区的CT数信息进行了统计分析,验证了混凝土试件在单轴压缩条件下经历压密、扩容,CT尺度裂纹扩展到破坏的细观破损全过程,说明利用破损分区理论研究混凝土的破损机理是可行的。

岩土破损演化理论(Ⅱ):物理状态指标与分区破损理论

指出当前利用CT数研究岩土力学的所有方法仅为观察研究,浪费了宝贵的CT定量化信息。利用集合论和测度论知识,基于CT数定义了岩土材料的λ水平破损比与λ水平破损率、(λ1-λ2)水平截理比及其截理率的概念,研究了λ水平破损率与CT数及密度的关系;研究了破损产生的位置和破损判据。基于破损空间截理的概念将岩土材料区分为安全区、损伤进行区和破损区,定义了损伤进行区下、上限边界面,给出了强化-弱化准则的定义,建立了岩土体分区破损本构关系,并进一步推导了岩土破损空间理论的基本方程。

地下洞室围岩劈裂破坏判据及数值模拟研究

对地下洞室围岩劈裂破坏的形成机理和裂纹扩展演化模型进行探讨。根据断裂力学原理,考虑原裂纹对翼型裂纹的影响,推求压剪应力状态下翼型裂纹尖端的应力强度因子K Iwing演化方程。以金川三矿区为工程背景,根据实测的岩石力学相关参数和地质条件,数值模拟其围岩的劈裂破损区。当翼型裂纹应力强度因子K Iwing达到岩石的Ⅰ型断裂韧度KIC时,地下洞室围岩裂纹发生劈裂贯通的破坏判据,用FISH语言将劈裂破坏判据编程内嵌到FLAC3D中确定围岩的劈裂范围。研究结果表明:数值模拟结果可为地下工程的稳定性评价及支护设计提供参考。

基于强度折减法的边坡体折减范围研究

折减范围的选取是强度折减法首要解决的难题之一,有不少学者提出了采用不同折减范围的强度折减法,但这些方法的可靠性、各自的适用性以及在边坡稳定性分析中的优劣还需对比研究。以目前最严密的Morgenstern-Price极限平衡条分法(M-P法)为参考,对比分析不同强度折减法在同一算例边坡中的模拟成果,进而确定更为合理的强度折减范围及折减方法。通过比较分析,选出适用性较好的动态-整体强度折减法与局部多滑面分析法,并对二者互补改进,提出了动态-局部强度折减法。动态-局部强度折减法以边坡处于临界状态时的塑性破损区为强度折减范围,该折减范围以岩土体的强度损伤程度为判断依据,更符合强度折减法的实际含义。经算例验证,该折减方法更优于现有的强度折减法。

基于变形分析的立冲沟滑坡稳定性分析研究

以立冲沟滑坡为研究对象,建立了考虑-v不等式的基于变形分析的有限元滑坡稳定性分析方法。该方法基于破损区确定滑动模式,基于安全系数和变形量两个指标进行稳定性评价,评价体系更全面和合理。定义安全程度为破损段除以所有潜在滑动区域的百分数,这个指标更接近工程实际,更直观;也有利于确定加固的位置和加固措施的选择。设计了自然坡形、削坡坡形及两个可能水位的组合计算工况,经过对其破损面积、变形量、安全程度等的对比分析发现:上部削坡减载后,破损区面积和变形的最大值均减小,说明滑坡的稳定状态得到了较大的改善,削坡措施合理;水位2相对于水位1,变形最大值和破损区均要高,说明水位2更不利于滑坡稳定,要采取措施进行疏排处理,避免该水位的出现。

SOLAS对双层底要求研究

阐述了SOLAS对船舶双层底布置要求,分析了该要求的适用范围和双层底布置要求的内容,对因故不能满足船舶双层底布置要求的区域,给出了规范要求的底部破损稳性核算的一般步骤。结合实际案例,提出了在进行双层底布置和破损稳性计算中应注意的事项。同时,为了保证船舶的安全性,对船舶分舱布置设计提出了若干合理化的建议。