大单宽流量、低佛汝德数消力池优化设计研究

针对某水电站消力池原设计方案出现的大单宽流量、低佛汝德数水流消能问题,通过物理模型试验,对消力池的体型参数以及辅助消能工的布置形式进行优化,并对比分析各方案的水流流态和水力特性。试验结果表明:下挖式消力池与消能墩的联合消能方案(消力池下挖4.20 m并设置消能墩)可以有效改善消力池内水流流态,水位波动幅度下降,消力池出池流速明显减小,消能效果显著。

非对称荷载下基坑支护结构变形计算方法

文章针对非对称受荷基坑的位移特点,基于弹性地基梁模型,以支撑轴力联系两侧墙体,提出非对称受荷基坑的整体计算模型。通过有限宽度土体的土压力求解公式计算,引入墙土摩擦角和土体内摩擦角随墙体位移的发挥公式,考虑墙体变形与坑外主动土压力的耦合作用。根据非对称受荷计算模型,得到了非对称受荷下支护结构变形控制方程,最后结合实际工程验证了算法。

迎采动宽煤柱承载特性及矿压显现规律研究

单翼开采矿井为解决采掘接替紧张的问题,常会出现迎采对掘的情况,而迎采动掘巷期间,矿压显现规律和煤柱宽度的确定是巷道掘进及安全回采的关键。以炭窑坪煤业100303运输巷迎采掘巷期间为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,对煤柱的合理宽度及迎采期间的矿压显现规律进行研究分析。主要结论有:通过理论计算,煤柱在受到掘进扰动和工作面采动的双重影响下,确保煤柱不完全发生塑形破坏且存在弹性核的宽度至少为30 m。数值模拟发现,掘进迎头至相遇位置前方20~30 m时,围岩变形开始增大,煤柱帮和回采帮变形量均超过0.5 m。当掘进至采空区后方一定距离后,围岩因同时受掘进扰动与采空区侧向支承应力的叠加影响,变形增幅加快,煤柱帮变形严重,最大变形量超1 m。提出100303运输巷掘进距100302综采工作面70 m时,停止掘进,在迎采扰动范围内,优化支护参数,提高煤柱承载能力。现场监测表明,巷道顶底板和两帮均变形较小均在可控范围内,有效控制了迎采动工作面掘巷的围岩变形。

倾斜厚煤层综放工作面沿空掘巷窄煤柱宽度研究

针对沙吉海煤矿14E02倾斜厚煤层综放面沿空掘巷窄煤柱留设尺寸问题,采用理论分析、数值模拟及矿压实测的方法,确定了窄煤柱合理宽度,研究结果表明:基于内外应力场理论计算得出沿空掘巷窄煤柱宽度不宜大于6.42 m(上限),基于弹塑性极限平衡理论计算出窄煤柱宽度不宜小于3.96 m(下限);沿空掘巷数值模拟结果表明:4~5 m煤柱在掘进期间能够稳定,但在回采期丧失承载能力且极易引发巷道与煤柱联动性破坏,巷道维护极其困难;当煤柱宽度≥6 m时,窄煤柱在掘巷及回采期间均能形成稳定的弹性核,更利于巷道维护,窄煤柱合理宽度取6 m为宜,这与内外应力场理论计算得出的窄煤柱宽度上限值(6.42 m)基本一致,采用内外应力场理论确定沙吉海煤矿此类倾斜厚煤层综放面窄煤柱宽度较为合理;针对倾斜厚煤层综放面窄煤柱沿空掘巷破坏特点,提出了相应的围岩控制对策及支护方案。

综放面迎采对掘巷道合理煤柱宽度及围岩控制技术研究

针对迎采对掘小煤柱巷道存在围岩不易控制的难题,以永红煤矿3306工作面为工程地质背景,充分利用理论、模拟和试验相结合的方法,分析了迎采对掘巷道围岩演化特性及其围岩应力、变形与支护强度之间的协调关系,提出巷道围岩分段让压综合控制技术,并进行了现场应用。研究表明:迎采对掘巷道(3306运输顺槽)合理的煤柱宽度为9 m;该类型的巷道所经历侧向动压、侧压压力时的应力环境差异性较大,为此提出以小孔径锚索加固、煤体注浆加固及高强护表联合支护为主,巷道超前支护为辅的动态分区域联合控制技术,可有效控制巷道底鼓和非对称变形难题;巷道掘进期间变形不明显,回采期间顶底板收缩最大972 mm、两帮收缩最大586 mm,围岩变形可控,确保了工作面安全回采。同时也为相似条件下的巷道实践提供科学参考。

考虑假想基础宽度的基坑抗隆起稳定性

在深厚软土地区,有大量的基坑工程符合下列特征:(1)围护墙插入比为1:2.0~1:2.2;(2)开挖过程顺利;(3)抗隆起安全系数不满足现行相关标准要求。为减少理论与实践之间的不符,基于既有地基承载力模式的计算公式,通过引入假想基础宽度,建立了可考虑土体应力状态和抗剪能力的基坑抗隆起稳定性分析方法。定义了抗隆起安全系数在数学上为最小值的假想基础宽度为临界宽度。除临界宽度外,假想基础宽度的选取还应考虑基坑宽度、软土层厚度等因素。结合已完成工程实例,对比了现有不同稳定分析方法的抗隆起安全系数,分析了软土地层结构、土体内摩擦角等对稳定性的影响。分析结果与实际情况更加接近,且表明土体抗剪能力的影响在采用临界宽度作为假想基础宽度时有限。

缓倾斜厚煤层区段煤柱合理宽度研究

以缓倾斜厚煤层综放沿空掘巷区段煤柱合理留设宽度为研究对象,根据山寨煤矿井下现场实际生产地质条件,通过理论计算、数值模拟及现场工业性试验,确定区段煤柱宽度合理留设范围。研究结果表明:理论计算得到煤柱合理留设宽度为4.2~6.8 m;数值模拟软件分析对比不同煤柱宽度下煤柱内应力分布规律,采空区侧支承压力影响范围为80 m左右,距采空区0~10 m为应力降低区;煤柱宽度小于6 m时,煤柱塑性破坏,承载能力较小;煤柱宽度为6 m时,煤柱内形成了应力核区,自稳能力较强;煤柱宽度大于6 m时,应力峰值和应力范围较大导致支护困难;最终确定3506综放工作面区段煤柱最优宽度为6 m。现场矿压监测数据表明:沿空掘巷围岩变形控制效果良好。

煤矿工作面掘进工艺的优化设计

为进一步提升煤矿的生产效率,解决掘进速度与采煤速度不相匹配为重点。以2301工作面为例,在其顶底板条件、支护现状等基础情况分析的基础上,对工作面煤岩力学参数进行测定;基于FLAC3D软件构建数值模拟仿真模型,分别对巷道轴向距离、保护煤柱宽度和掘进顺序下巷道的应力分布进行对比,实现对掘进工艺参数的优化。

浅埋综放工作面迎采掘进沿空巷道围岩控制技术研究

针对浅埋煤层迎采掘进沿空巷道围岩应力环境复杂,围岩稳定性差,常规支护手段控制巷道围岩变形收效甚微现状,以镇城底矿22213工作面为工程背景,分析了浅埋综放工作面矿压显现基本规律,基于迎采掘进巷道与上区段回采工作面间的空间关系,揭示了迎采掘进沿空巷道围岩控制的关键在于有效控制采动影响阶段和采空区动压影响阶段的巷道围岩变形。通过留设合理宽度煤柱、实施迎采掘进沿空巷道围岩动态分段控制以及构建巷道围岩浅部-深部承载圈等方式,综合提出了迎采掘进沿空巷道围岩控制技术,有效构建围岩浅部-深部承载结构,维持巷道稳定。

大采高超长工作面顶板垮落规律及煤柱宽度研究

针对榆神矿区大采高长走向超长工作面煤层条件下矿井高强度开采导致的煤柱长期维护困难等问题,以小保当一号煤矿112203、112204回采工作面及其两巷为研究对象,分别采用现场实测、理论研究、仿真模拟的方法,对双掘两采巷道两次采动工作面顶板垮落规律进行分析,优化大断面长走向双掘两采巷道煤柱宽度,为双巷布置优化围岩应力环境,实现矿井综采工作面安全高效开采。

超大沉井基础设计及下沉方法研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 176m公铁合建斜拉桥,通过技术经济综合比选,桥塔基础采用沉井方案。针对超大型沉井基础截面尺寸大、自重重、入土深等问题,提出了减自重、减冲刷的新型台阶型沉井基础方案,通过模型试验及数值分析确定了沉井相关设计参数,并基于地基中土体的三维应力状态和摩尔-库伦强度破坏准则,建立了深大基础三维地基承载力计算表达式。沉井基础成功实施的关键是可控的取土下沉措施,研究了超大型沉井下沉机理,探明随着沉井平面尺度的不断增大,端阻力与井壁侧摩阻力相比逐渐成为控制因素,沉井下沉施工必须进行盲区取土。通过对沉井刃脚下土体破坏形态的研究,提出土体破坏的临界宽度控制法和台阶式取土法,可为沉井下沉施工提供指导。

大型软土基坑中心岛法施工中土台预留宽度的研究

以铁路上海南站南广场大型软土基坑采用中心岛结合预留土台逆作法施工为背景,分析了预留土台的作用机理;通过离心模型试验对比研究三种不同土台预留宽度及其加固与否对地下连续墙的变形控制作用,得出了土台预留宽度及土台加固与否对连续墙变形的影响规律;在此基础上,采用有限元模拟计算多组土台宽度下地下连续墙的变形,得出了根据变形减小率来确定合理的土台预留宽度。

狭长型基坑工程坑底抗隆起稳定性分析

针对狭长型基坑的特点,提出基坑坑底抗隆起稳定分析方法.对比常用的4种坑底抗隆起稳定分析方法及其异同点,结合2个实际工程进行相关算例的分析,指出在软弱土地基中规范要求的抗隆起稳定安全系数偏高;针对现有方法在狭长型基坑稳定分析中的局限性,提出考虑基坑宽度影响的坑底抗隆起稳定计算方法,分别探讨淤泥质土和粉土地基中基坑宽度、支护结构插入深度、开挖深度、土体抗剪强度指标和被动区加固等因素对狭长型基坑稳定性的影响.分析结果表明:采用该方法可以避免狭长型基坑中圆弧滑动面穿过对侧支护结构的问题,合理地考虑基坑宽度等因素对基坑稳定性的影响.

深基坑开挖引起的建筑物破坏风险评估

对于深基坑工程来说,评价开挖引起的地表沉降导致建筑物的潜在破坏风险是非常重要的。在以前的研究中,常用简单的指标如角变位和挠曲度来进行建筑物的破坏评价,这些评价方法不能反映不同上部结构形式和邻近施工的影响。本文综合地表沉降曲线形式、建筑物结构的几何尺寸、材料的临界应变以及建筑物的破坏评价准则,采用建筑物的裂缝宽度来评价深基坑开挖引起的建筑物潜在破坏,并以砖混结构为例,给出了整个风险评估过程。

开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法

卸荷带的判别与计算,直接关系到岩体边坡的长期稳定性及致灾安全性。针对均质岩体边坡,采用弹性理论楔形体力学模型,提出了开挖岩体边坡力学模型,建立了开挖岩体边坡应力的计算方法;从开挖高度、开挖坡度、台阶宽度、岩体粘聚力、内摩擦角及岩体容重等方面,通过敏感性分析,探讨了开挖岩体边坡卸荷带宽度的变化规律,据此采用量纲分析法,建立了开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算公式。

不同施工条件下基坑预降水对地连墙侧移影响研究

已有工程实测表明,基坑开挖前的预降水可引起围护结构和周边环境厘米级的变形,但相关的研究报道还是偏少,基坑预降水引起的基坑变形性状仍未被全面揭示。采用ABAQUS建立考虑降水井瞬态降水的二维流固耦合有限元模型,研究了基坑宽度和预降水深度对预降水引发变形的影响。研究表明,预降水引发的最大地连墙侧移及地连墙侧移沿深度发展范围随着基坑宽度、降水深度的增加而增大,并且存在临界基坑宽度使得在临界宽度范围内,最大地连墙侧移及地连墙侧移深度范围随基坑宽度的增加而快速增加,而超过临界宽度后,基坑宽度对地连墙侧移的影响会明显减弱;同时存在临界降水深度,使得在其范围内,最大地连墙侧移随预降水深度的增加而变化缓慢,而超过临界降水深度后,降水深度的增大将引起最大地连墙侧移发生较大幅度的增长。

地铁车站深基坑地下连续墙优化设计研究

通过对上海软土地区几个地铁车站深基坑工程中地下连续墙弯矩和钢筋应力的跟踪监测,得到了这些基坑地下连续墙所受弯矩的包络图,并与地下连续墙能承受的弯矩极值进行对比,得到深基坑工程地下连续墙的弯矩承载能力尚有一定的发挥余地。分析了导致设计中地下连续墙配筋偏大主要是由于最大裂缝宽度控制值wlim=0.2mm引起的,若将地下连续墙的最大裂缝宽度放宽至wlim=0.3mm,则可以在满足深基坑工程地下连续墙的弯矩承载能力的同时,大大降低地下连续墙的配筋,减少工程投资,达到充分利用建设资金的目的。

中心岛法实用设计计算方法研究

在城市建设中越来越多的大面积深基坑采用中心岛顺作、周边预留土台逆作的开挖支护方式。该法不仅节约工程造价,而且节省大量工期,但目前仍缺乏简单、合理的设计计算方法。基于Rankine土压力理论,采用图解法得到中心岛被动土压力的分布模式,该土压力分布在单一土质条件下随埋深呈现为3段折线。根据上述土压力分布和基坑工程手册[1]有关悬臂结构的设计思路,提出中心岛法围护结构的设计计算方法,并提供一个算例。经算例验证该法简单实用,便于工程师使用。

软土基坑宽度效应对坑底隆起的影响

通过对宽大型软土基坑坑底隆起特性及形成机理分析,将坑底土体划分成强作用区、弱作用区和自由变形区,提出综合考虑基坑开挖深度、围护结构插入比和土体性质的强、弱作用区边界计算方法;根据基坑开挖宽度不同时,坑底隆起作用区的变化情况,提出考虑坑底隆起宽度效应的基坑分类方法:将基坑划分为超大尺度基坑、大尺度基坑、小尺度基坑和沟槽类基坑4类,并明确各类基坑的宽度范围。最后结合上海某软土基坑工程实例,采用有限元法数值分析对本文提出的理论分类方法的正确性进行了验证。

国内挖入式港池布置研究

国内典型的挖入式建港主要有唐山港京唐港区、曹妃甸港区、丹东港大东港区。通过对国内典型挖入式港池布置的分析研究,认为在海岸线以内有大面积洼地可以利用的情况下,可以考虑采用挖入式港池的方式建港。挖入式港池可以有效地解决港口岸线利用、港池土方平衡和泥沙回淤等方面的问题。另外,关于挖入式港池的宽度,在保证船舶操纵安全的前提下,应尽量缩窄港池宽度,以减少港池内的淤积。