高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。

黄金矿山深部地应力测试与分布规律研究

高地应力是深部开采不可避免的难题。为确保新城金矿在高地应力环境下的安全高效开采,采用瑞典LUT地应力测定仪,运用应力解除法对新城金矿-830 m、-930 m、-1030 m中段共计6个钻孔岩芯进行地应力测量,并用LUT-str专用岩体应力计算程序对测试结果进行综合分析,采用赤平极射投影软件绘制出测点主应力方位赤平面投影图,使用线性回归方法,对所测6个测点的应力值进行回归分析。研究结果表明:新城金矿地应力场主要是水平构造应力,矿区围岩含有较多的节理裂隙,巷道开挖后,矿岩较为破碎、易风化,片帮等灾害现象易发生,应在开挖后及时支护。此研究为新城金矿深竖井工程的安全施工、合理支护设计及深部开采支护等提供了基础资料与依据,同时也为类似矿山竖井掘进与矿山开采起到示范作用。

岳南煤业煤层水压致裂瓦斯抽采技术研究

针对岳南煤业15#煤层渗透性差、瓦斯含量高、抽采效率低等问题,考虑采用水压致裂技术提高抽采率。首先通过地应力实测得出工作面最大主应力为水平应力,其值为17.9 MPa,方向角为N32.43°E,压裂裂纹扩展也沿此方向;压裂钻孔的影响范围为5~8,为保证抽采效果,将压裂抽采钻孔间距设置为5 m,压裂抽采4个月后,煤层瓦斯残存量降低至2.54 m~3/t,且抽采周期缩短了近3个月,保证了矿井的安全高效生产。

小孔径水压致裂法在阳泉五矿地应力测量中的应用

随着阳泉五矿开采深度与广度的增加,针对其围岩的应力环境、变形与破坏特征发生显著变化等问题,采用现场实测和理论分析的方法,利用小孔径水力致裂法对阳泉五矿采区巷道内9个测点的原岩应力及方向进行测量与统计,并分析地应力空间分布特征及随埋深的变化规律。研究结果与该区域内已有水平主应力研究成果较为一致。研究表明:阳泉五矿区域内水平主应力与垂直主应力的最大值分别为12.58 MPa、15.08 MPa,平均值分别为6.73 MPa、11.88 MPa,最大水平主应力方向在N61°E~N79°E范围内,井下应力场属于中等应力值区域,垂直应力占优势,属于自重型应力场;测压比的范围在0.12~1.53之间,在浅部区域,垂直主应力小于最大水平主应力,随着埋深的增加,垂直主应力大于最大水平主应力;地质构造以及超前支承压力对局部区域内地应力分布也有一定影响。

基于应力解除法的陈家山煤矿地应力分布特征研究

了解煤矿地下岩层的地应力情况可以帮助评估矿井工作面和巷道的稳定性,从而为安全生产提供重要参考。本文基于应力解除法对陈家山煤矿井下地应力状态及分布规律展开研究。依据研究结果,建议采用巷道轴向与最大水平主应力平行布置方式,有利于巷道顶底板的稳定。

煤矿开采二维物理相似模拟试验平台

提出了一种煤矿开采二维物理相似模拟试验平台。该平台具有可模拟煤矿开采1000 m埋深以内的地应力、可调角度、可做垂向及两侧地应力模拟加载、可模拟煤层开采等功能,并经有限元分析验证了其强度和刚度。该平台可以为煤矿开采的安全和高效提供重要的技术支撑。

CFG桩复合地基静载试验与数值模拟对比分析

利用FLAC3D对CFG桩单桩复合和四桩复合地基静载试验进行了数值模拟,并与某工程现场实测结果进行对比分析,两者基本一致,同时分析对比了单桩复合和多桩复合下的地基承载力的不同。在此基础上,以四桩复合地基静载试验为例,分析了CFG桩复合地基应力场和位移场特性。模拟分析可以为工程中复合地基静载试验的结果评价确定提供有益的参考。

地应力测试技术研究现状

地应力是影响地下工程安全进行的重要因素之一,准确的测量结果可以有效地提高工作的安全性,同时是地下动力灾害预测的重要依据,因此地应力测试工作对井下工程建设具有十分重要的意义。综述地应力测量技术的起源及其发展历史,总结多种地应力测试方法,重点介绍应力解除法和水压致裂法2种最常用的测试技术,分析这2种测试技术的基本原理、优缺点以及其各自适用范围,探讨现有地应力测试现状的不足以及未来发展前景,对今后地应力测试技术发展具有指导作用。

套筒致裂法测试地应力的原理与方法

为更加精准地获得煤矿井下地应力的大小和方位,提出了一种测试地应力的新方法。该方法采用具有高频自动存储测试压力并生成压力-时间曲线功能的JHDC-1型地应力测试仪,通过对某个测试孔实施2次加压致裂,能够获得精确的油压值及相应的致裂方程。采用弹性力学中的圆孔应力集中理论,详细地剖析了油压值与致裂压力之间的换算关系,给出了三孔致裂法测试地应力的基本原理。并详细的阐述现场测试方法与步骤。该测试方法适用于各种地质条件和井下环境的测试,尤其适合煤矿井下地应力测试的现场使用。

煤和瓦斯突出过程中地应力作用机理

基于岩石破裂损伤理论和气固耦合方法,利用RFPA2D-GasFlow数值模拟系统,结合煤体中应力分布情况和瓦斯突出破坏过程及结果,分析了煤与瓦斯突出三要素(地应力、瓦斯和煤体物理力学性质)中的地应力在瓦斯突出过程中的作用.研究结果表明,在地应力小于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有阻碍作用;当地应力大于1 MPa时,地应力对瓦斯突出具有双重作用:一方面其产生的水平压应力增强了煤体抵抗破坏的能力;另一方面其产生的剪切应力促进煤体发生破坏.同时应用研究结果对浅埋煤层瓦斯突出问题进行了分析,认为浅埋煤层承受的地应力较小,煤层中存在着水平拉应力和垂直拉应力且是大范围存在的,故导致浅埋煤层发生瓦斯突出且多发生特大型瓦斯突出.

极软岩返修巷道钢管混凝土支架支护方案研究

为解决北皂煤矿海域煤系地层极软岩巷道变形速度快、变形量大、难以控制的支护难题,现场实测了原始地应力,实验室测试了岩石力学参数与水理性质。根据测试结果和围岩变形特点,设计了基于钢管混凝土支架的复合支护方案:支架断面设计为圆形,主体钢管选用194mm×8mm的20#无缝钢管,内填C40混凝土,辅以金属网和400mm厚混凝土碹体支护。最后,对支架受力情况和巷道变形进行监测,结果表明基于钢管混凝土支架的复合支护结构能够有效控制巷道收敛变形,保证巷道的长期稳定。

高层建筑群对地面沉降影响的模型试验研究

通过室内模型试验,研究了上海地区典型地质条件下高层建筑群工程环境效应对地面沉降的影响,探讨了在高层建筑群工程环境效应作用下不同土层的变形特点、相邻建筑物之间的相互影响状况、高层建筑群对中心及周边区域地面沉降的影响以及沉降影响范围、土层中应力(包括土压力、孔隙水压力)的变化规律等.试验研究结果表明:上海软土层是地面沉降的主要组成部分;高层建筑群工程环境效应造成的城区地面沉降的特点是距建筑物1倍基础宽度范围内的地面沉降大于建筑本身的沉降,尤以相邻建筑之间中心区域地表的沉降量最大;密集高层建筑群之间地表变形存在明显的沉降叠加效应,并使沉降量超过容许值,从而带来不稳定因素.

构皮滩水电站岩石力学研究

针对构皮滩水电站地下厂房、边坡和坝基3大稳定问题,综述了20余年来所开展的岩石力学试验、地应力测试、工程岩体分级以及数值模拟分析等研究工作,对岩体质量评价、岩体力学特性及参数取值、软岩流变及成洞特性、岩体初始应力场、导流洞软岩段和进出口边坡稳定性以及地下厂房洞室群围岩稳定性等研究成果进行了综合分析。

三孔正交法地应力测试原理

文章较为详细的介绍了一种简单而实用的地应力测试原理,目的在于为我国煤矿井下地应力测试提供一种简便易行的测试手段,同时对现有的地应力测试方法进行补充与完善。文章依据弹性力学基本原理,以轴对称圆孔的孔边应力分布规律为研究出发点,依据三个相互正交测试孔获得的致裂方程和固体力学中的应力状态理论,计算获得测试点处主应力、最大与最小水平应力和构造应力的大小与方位。该原理经现场应用,效果很好。研究成果弥补了目前煤矿井下地应力测试精度难以把握的缺陷,对我国矿山地应力测试方法的研究与完善具有较大的参考价值。

夹河矿深部巷道围岩地质力学测试分析

现场调查了夹河矿深部巷道变形破坏特征,初步分析了其变形破坏原因。采用空芯包体应变法进行了地应力测量,分析了夹河矿深部地应力分布规律及其与区域地质构造的关系。采用扫描电镜试验、X射线衍射试验和室内物理力学性质试验等方法,对该矿深部巷道围岩特性进行了试验研究,确定了巷道围岩为典型的高应力-节理化-膨胀性复合型软岩,具有复合型变形力学机制,为巷道支护设计和施工提供了依据。

石灰岩中球形装药封闭化爆试验的自由场应力和地运动

对石灰岩中50,100,800,1000和2000kg TNT的系列球形装药封闭爆炸试验的350km/kt1/3比例爆距内的自由场应力波和30km/kt1/3比例爆距内的地运动测量数据,按爆炸相似律进行归一化分析处理,拟合得到自由场应力、地表粒子速度、地表比位移及地表比加速度等特征参量峰值随比例爆心距的衰减规律,并与硬岩(花岗岩、砂岩、石灰岩)中的核爆相应结果进行对比。结果表明,化爆试验的地表比加速度峰值远小于核爆的,其他特征参量的峰值衰减规律与核爆的大体一致。讨论与自由场应力波、地表运动参数测量及数据分析相关的若干问题,指出:只有通过现场试验积累足够的数据资料,从统计学的角度来研究,才能比较客观地了解岩体中爆炸的自由场和地运动变化规律,而化爆能在一定程度上模拟核爆的力学效应。在自由场应力波测量中,化爆模拟试验需要更高频响的测试系统。在地表运动测量中,由于波传播路径上的岩体对高频波的吸收很强,在一定比例爆距外,化爆与核爆的地运动信号频率并无太大的差别,波传播路径上的岩体性质对加速度参量的影响最大,这是化爆比例加速度峰值远小于核爆的主要原因。

地裂缝活动对土体应力与变形影响的试验研究

通过进行西安典型地层环境下地裂缝活动的大型模型试验,研究了隐伏地裂缝活动引起附近土体应力与变形的规律。试验表明,地裂缝活动在上盘土体中产生负的附加应力,引起土体应力降低,而在下盘土体中产生正的附加应力,引起土体应力增强,且距离地裂缝越远由地裂缝活动引起的附加应力越小。地裂缝活动导致其两侧土体发生台阶状位移突变现象,随着地层由深至浅,土体变形范围明显增大,且影响区范围上盘大于下盘。地裂缝活动引起附近土体应力的分布在空间上大致分为4个区域即下盘原始应力区、应力增强区、应力降低区和上盘原始应力区,其中应力降低区范围约为应力增强区的1.5～2倍。同时,地裂缝附近土体沉降变形也可分为3个带,即下盘稳定带、差异沉降过渡带和上盘稳定带,其中上盘差异沉降带范围约为下盘沉降差异带的2倍。

上埋式钢筋混凝土拱涵受力特性及地基处理研究

涵洞属于填埋式构造物,其受力状态不同于普通建筑物。对涵-土体系作用机制认识不足和涵洞地基处理不当可能导致涵洞出现各种各样的病害,甚至影响道路运营。通过现场测试和数值模拟分析了上埋式钢筋混凝土拱涵结构与土体的作用机制,得出了涵-土体系的受力状态和变形特性。在此基础上对涵洞地基处理进行了研究,分析了地基处理的宽度、深度以及处理后的地基刚度对涵洞受力状态和变形特性的影响。研究结果表明,涵顶存在明显的应力集中现象,该效应的影响范围为涵洞两侧约3b(b为涵洞宽度);涵顶土压力系数随填土高度的增大而增大,并逐渐趋于稳定;涵顶土压力、基底压力和涵洞结构内力随地基处理宽度的增大而减小,并逐渐趋于稳定,随地基处理深度和地基弹性模量的增加呈非线性增大。实际工程中,涵洞地基处理宽度宜取b+2h(h为涵洞高度)左右,地基处理的深度和处理后的刚度应以允许沉降或差异沉降为控制指标,不应额外增加地基处理深度和提高地基刚度。

不同地应力场软岩隧道渐进破坏试验与分析

针对软弱地层中常常发生的隧道塌方事故,以Ⅳ级围岩深埋公路隧道为对象,利用模型试验方法研究特定应力场下无支护隧道围岩的渐进破坏机理。采用弹塑性损伤本构模型,对模型试验工况进行有限元数值模拟,并在此基础上,对不同初始地应力场的情况进行扩展分析。研究结果表明:1)隧道开挖后围岩的破坏区主要集中在隧道拱顶上方,数值计算中用损伤变量最大值表示的破坏区与模型试验吻合较好;2)随着侧向压力系数的增大,松动破坏区面积随之扩大,且主要区域由隧道边墙两侧逐渐转变为隧道拱顶、拱底区域;3)随着侧向压力系数的增大,边墙水平收敛位移逐渐减小,拱顶收敛位移逐渐增大。

深部多裂隙岩体开挖变形破坏规律模型试验研究

深部资源开发中地下洞室围岩稳定控制必须面对峰后碎裂岩体的变形和破坏问题,目前深部多裂隙岩体开挖强卸荷引起的围岩变形破坏规律尚不清楚,常导致大体积塌方、大变形等重大工程事故。采用大尺度三维模型相似试验系统,分析具有一定倾角的多组裂隙的岩体在高地应力下开挖变形破坏规律。试验结果表明:隧道上下侧围岩主要呈现大变形现象,左右侧围岩呈现分层破裂现象,破裂区随时间增长由内向外逐渐增多,在拱顶、底板大变形的诱导下发生边墙大体积坍塌;隧道围岩由内向外位移值和应力值呈现波动状分布;裂隙倾角与破坏区分布形态有一定相关性。为保障深部工程的安全兴建与运营提供了试验基础。