多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明:各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。

轨道-箱梁耦合振动模型试验设计与验证

为研究基于模型试验的轨道-箱梁耦合振动反演方法,从理论上探讨多层结构层间耦合相似关系,根据弹性力相似律和相似π定律,设计、制作几何相似比为101的轨道-箱梁耦合相似模型,分析轨道板密度和弹性模量、扣件刚度、CA砂浆层刚度等参数对系统相似性的影响。通过模态试验、有限元法验证模型设计的正确性及原型与模型间的相似关系。结果表明,通过模型试验方法,依据模型与原型间的相似关系反演现场不同工况条件下的振动水平;当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,依据弹性力相似律,原型与模型间的耦合相似关系可由箱梁材料参数导出;轨道板密度及弹模变化,对结构前五阶模态影响误差最大为0.033%;在200~500 Hz范围内,扣件刚度、CA砂浆层刚度变化对箱梁振动加速度的最大影响分别为2.542%、4.326%。

拱脚局部加长锚杆锚固洞室抗爆模型试验研究

根据Froude相似理论,开展拱脚局部加长锚杆和等长锚杆加固洞室抗爆对比模型试验,分析各洞室受力变形特性和围岩破坏形态。研究结果表明:与等长锚杆相比,在爆心离洞室很近的极端情况下,拱脚局部加长锚杆起到"密闭"爆炸荷载的作用,增大洞室拱部的爆炸荷载,带来洞室拱顶底板相对位移的快速增长;在爆心离洞室较远的一般情况下,拱脚局部加长锚杆具有承担或转移较多爆炸荷载的作用,不仅能明显减小洞室附近的爆炸压力、洞室拱顶底板相对位移、拱脚压应变峰值和残余值,而且还能明显减少和减轻围岩裂缝数量和开裂程度,有效阻断裂缝的发展和延伸,有利于提高洞室的抗爆能力。

大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。

桥梁结构振动试验相似模型的设计及校验

以32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了简支箱梁桥模型。依据弹性力相似律推导了原型桥与模型桥间的相似关系,在以桥梁结构振动为研究目的的情况下,通过有限元数值分析以及试验研究两种方式,探讨了该相似关系在原型桥与模型桥间是否适用。研究结果表明:有限元数值分析得到的原型桥与模型桥间各物理量比尺与理论推导各物理量比尺基本吻合;桥梁相似模型实测数据与有限元数值分析数据存在差异,但整体上大致吻合;依据弹性力相似律推导的相似关系在原型桥与模型桥间适用,但对于复杂桥梁结构模型还需做进一步的验证。

急倾斜煤层水平分层综放开采岩层移动规律

为了进一步认识水平分层综放开采的开采沉陷特点,运用相似材料模型实验,对某矿大倾角煤层的开采沉陷过程进行了模拟研究,揭示了急倾斜特厚煤层水平分层深部开采岩层与地表移动规律．

大连地铁盾构开挖地层移动规律的模型试验研究

以大连市地铁2号线202标段工程为研究对象,通过相似材料模型试验绘制不同地层随时间沉降曲线,即同一时刻不同地层沉降槽曲线和不同地层水平位移曲线,得到盾构隧道施工地层移动规律。试验结果表明,不同地层各测点的垂直位移随时间的变化可用以时间为自变量的负指数函数表示;先行隧道施工对地层产生扰动,引起地层软化,导致两条隧道之间地表沉降明显叠加,沉降较大;隧道开挖时,若存在地下结构或管线,其将受到附加剪切作用,易出现裂缝,在施工中必须做好切实可行的防护措施。

竖井式水平旋流洞含气水流模型相似律

针对竖井水平式旋流洞通气孔模型试验中通气量和掺气水流的含气率在进行原型数据换算中存在的问题,考虑到空气可压缩性,通过对气液两相流基本方程的相似理论研究,导出原模型的力学相似律。在进一步研究竖井水平旋流洞模型相似律的基础上,推导出竖井式水平旋流洞原、模型通气管截面积的换算关系和原、模型含气率分布的换算关系。将所得理论公式应用于公伯峡水电站竖井式水平旋流式泄洪洞模型试验,并为原型观测结果所证实。

水力压裂模拟实验中的相似准则

目前预测裂缝的几何形态多采用数值模拟方法 ,所应用的模型是比较简单的二维或拟三维模型。无论是从研究裂缝扩展机理的角度 ,还是从发展、验证新模型的角度来讲 ,模拟实验都是最基本的环节。相似理论可用来指导实验的根本布局。文章通过相似理论中的方程分析法将压裂控制方程无因次化 ,并导出对水力压裂模拟实验具有指导意义的相似准则与相似比例系数。该相似准则与de .Pater基于二维模型所得结果大体吻合。

网衣受力试验的模型相似条件

考虑到原型网衣的网目尺度和网线直径都很小 ,在模型试验时 ,按常规几何相似条件 ,其模型设计与制作有很多困难。本文提出了在进行网衣受力实验时 ,其相似条件的一种新方法 ,经专门试验验证了它的合理性 ,并已在尔后的网箱研究中实际应用 ,效果良好。

深部隔离煤柱对岩层与地表移动的影响规律

焦坪矿区大采深、厚煤层综放开采条件下,地表下沉量较小,呈现非充分的采动影响现象。通过相似材料模型试验,分析了本区地质开采条件下工作面宽度、隔离煤柱尺寸、上覆岩层岩性与地表移动的内在关系,揭示了岩层移动的基本特征。研究证实了深部开采条件下工作面间留设一定宽度的隔离煤柱对地表沉降起到有效的控制作用,这可为本区及类似条件的其他矿井提供参考。

坝前淤泥对闸门启门力影响的模拟相似性及方法

水库泥沙淤积在闸门前 ,会增大闸门启门力 .如何通过模型试验确定有泥沙淤积时闸门启门力 ,本文对此进行了探讨 .认为淤积在坝前的细颗粒泥沙多数情况下可当做宾汉体泥浆 ,根据坝前淤泥受力平衡条件 ,导出淤泥相似准则 。

车桥耦合振动缩尺模型试验的相似律研究

基于公路桥梁车桥耦合振动特性及结构动力模型试验相似理论,提出了车桥耦合振动缩尺模型试验相似关系。以某假设简支梁桥为原型,根据原型结构动力特性及相似比尺,计算了车辆与桥梁动力特性参数;对比分析了原型桥与模型桥的静、动态响应,校验所提出的车桥耦合振动缩尺模型相似律。结果表明:车桥耦合振动室内缩尺模型需同时满足弹性相似律及重力相似律。

无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究及相似条件的实现

依据所分析的无临空面深层岩体爆破增渗的特点,在模型试验相似理论基础上进行无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究。结合内蒙某低渗透砂岩型铀矿工程地质及水文地质实际情况,根据所推导的模型试验相似准则,通过理论分析及试验研究,实现了模型试验的几何条件、边界条件、爆炸荷载及材料的相似,为实施爆破增渗模型试验打下基础。

气垫式调压室的模型相似律

本文探讨了气垫式调压室的模型相似律，提出可以采用等效的变截面开敞式调压室替代气垫式调压室按常规方法进行模型测试，给出了等效调压室截面的计算公式及量测结果的换算方法．

滦河迁西县城段河工模型试验的模型沙设计

在滦河迁西县城段河工模型试验中,由于原型床沙较粗(中值粒径d50=25mm),且组成范围较大,不适合用平均沉降相似法进行模型沙级配设计。因此采用新的模型沙级配方法,在同时满足起动相似和河床变形相似的两个条件下,根据糙率模拟要求,通过冲洗研磨制备天然样沙,再通过数学方法进行编程优化计算样沙的配比得到模型沙。通过水槽起动试验和物理模型试验,模型沙选择满足要求,模型设计合理。

数值重构研究重力坝动力模型试验可靠性

根据现有相似理论推导出非完全相似定律,并提出满足模型材料本构关系下降段的非完全相似要求的处理技巧。根据已有模型材料的特性,数值重构地震动力破坏模型试验,将非完全相似模型与原型及完全相似模型计算结果进行比较发现,在坝体振型及损伤的分布方面,非完全相似模型与原型结果十分一致,此外,非完全相似模型与原型的频率及最大拉应力都是符合非完全相似定律的。当非完全模型材料泊松比由0.17变为0.2时,由模态分析可知模型结构频率及振型的变化十分微小。结构的Rayleigh阻尼与其各阶频率及振型的阻尼比有关,因此计算时采用原、模型各自的Rayleigh阻尼解决了模型试验中阻尼相似的问题。总之,通过数值重构地震动模型试验可知,在试验设备及条件、模型材料不完全满足相似要求的情况下,根据非完全相似定律设计模型,并采取一定的相似技巧是可以得到稳定可靠的试验结果的。

通过缩比试验数据计算潜射导弹的载荷

即使潜射导弹缩比模型试验中弹道、弹体外形、空泡生成、发育、回射及溃灭规律满足缩比相似律,但由于模型的结构动力学特性相似关系难以满足,导致缩比试验数据难以直接计算原型载荷。提出了一种利用缩比模型试验弹体表面测压数据计算原型弹体横向动力响应的修正计算方法。该算法将测压数据分解为"空泡回射与溃灭"水动力和与弹体结构振动有关的水动力两部分。通过对第一部分水动力建立确定的数学模型,对第二部分水动力用附加质量和附加阻尼进行表述,基于该算法计算得到了原型弹体的动力响应,并与水动力直接转化算法进行了比较。结果表明二者的差别不可忽视。此方法可为潜射导弹载荷计算提供有益的参考。

离心模型试验中土的渗透相似性研究

离心模型试验中固结与孔隙水压力扩散问题的时间比尺关系t_(p)/t_(m)=n^(2)正确与否,归根结底就是离心模型试验中土的渗透系数随离心加速度是怎样变化的?推导了离心模型渗透相似理论,通过离心模型渗透试验,研究了土的渗透系数随离心加速度的变化规律。试验结果表明,渗透系数随加速度的增加而线性增大,离心模型试验渗透符合达西定律,模型渗透系数与原型渗透系数之比k_(m)/k_(p)随加速度成比例线性增大,比例系数≈1,从而验证了离心模型试验渗透系数比尺为η_(k)=1/n。研究成果对离心模型试验具有重大理论和应用价值。

现场小台阶模型试验的相似理论分析

通过对现场小台阶模型试验进行相似理论分析，得出了该试验的模型律与相似准则。并结合某露天矿的生产实际，检验了建立在相似理论分析基础上的爆玻块度分布预测模型的准确性。