基于DIC技术近距离煤层采动裂隙-位移-应变演化规律相似模拟研究

为研究近距离煤层采动条件下覆岩裂隙演化规律,以安顺煤矿9305工作面为研究对象,利用相似模拟试验研究近距离煤层开采过程中位移场与应变场的演化情况。结果表明:①上覆岩层随着工作面距离的不断推进,先形成离层裂隙和纵向裂隙,随后采空区中部部分离层逐渐压实;②位移场在工作面推进方向上出现不对称分布,工作面侧覆岩位移量明显小于采空区靠左区域,位移峰值主要集中在采空区中部;③最大主应变集中位置由采空区中部向开切眼侧以及工作面侧进行不对称转移,开切眼侧集中程度明显大于工作面侧,且最大主应变集中位置与瓦斯富集区存在潜在关联。

德昌水闸深厚覆盖层地基渗流稳定及应力应变分析

深厚覆盖层闸基的渗透变形和不均匀沉降会直接影响到上部水闸结构的安全。该文采用有限元数值模拟方法,对德昌水闸深厚覆盖层闸基进行渗流稳定分析和应力应变分析;根据SL 265—2016《水闸设计规范》对闸基沉陷进行复核计算。研究结果表明,德昌水闸深厚覆盖层经工程处理后,其渗流稳定性、地基承载力、地基变形及沉降量均满足规范要求。研究成果为该工程设计提供依据,对类似工程具有参考价值。

大型覆土式储罐多工况强度可靠性分析

采用计算机仿真分析方法,对两种沉降方式下4种工况的覆土式储罐进行数值仿真计算,得到8种不同条件下覆土式储罐的应力应变分布云图,基于云图结果对储罐许用极限进行预测,同时进行强度与模态计算分析。计算结果显示,最大应力集中于壳体与气室连接处;由仿真模拟结果可得,计算屈服评价指标均小于实际工程要求的许用应力值,表明在8种工况下罐体满足强度要求;模态计算结果表明,覆土工况下的储罐处于稳定状态。

浅埋煤层过沟开采地表裂缝动态发育规律研究

为研究煤层在过沟开采时地表裂缝在不同位置的动态演化规律,以陕北某矿14210工作面为原型,运用相似材料模拟实验并结合VIC-3D系统研究了地表裂缝的发育特征。研究结果显示:沟谷处地表裂缝发育宽度先增大再急速减少最终闭合;左侧坡面与右侧坡面地表裂缝发育宽度先增大后小幅减少再趋于稳定;根据其发育位置与应变变化将地表裂缝分为左侧坡面张拉地表裂缝、沟谷挤压地表裂缝及右侧坡面张拉地表裂缝3类。通过对14210工作面过沟开采进行安全性预测可知:在过沟开采期间导致乌兰不拉沟泉水涌入工作面的因素大致分为裂缝宽度、裂缝分布密度、沟中水位、工作面推进速度4个因素。

采场覆岩变形与破坏的分布式光纤监测与分析

提出了采用BOTDR分布式光纤传感技术,对煤层采动过程中覆岩变形与破坏的发育规律进行了监测和分析。以淮南矿区某工作面为例,介绍了监测孔的布置方式和传感光缆的安装方法,提出了采用钻孔安装技术将传感光缆植入到煤层顶板覆岩中,根据工作面回采进度,定期采集传感光缆的应变分布,分析了光缆的应变分布特征及其变化规律,得到了应变分布与地层的对应关系,发现应变分布是不均匀的,传感光缆的应变变化与覆岩模量呈反比,揭示了覆岩变形与破坏的发育规律。根据光缆的应变分布特征、传感光缆光损耗较大的点或者断点所处的层位,结合13-1煤覆岩的岩性组合,得到了垮落带和导水裂缝带的发育高度分别为12.5 m和40.0 m。

黄金坪水电站坝基廊道应力变形特性分析

建造在深厚覆盖层上的黄金坪水电站坝基防渗墙顶设置灌浆廊道与大坝心墙连接,运用子模型技术对坝基廊道的应力变形规律进行三维有限元分析,坝体材料及覆盖层采用Duncan-Chang双曲线E-μ模型,以有厚度节理单元模拟各类接触面,考虑了大坝实际填筑施工过程和水库蓄水过程。计算结果表明,廊道横河向应力在河床段几乎全部为压应力,廊道靠近两岸弯曲段下游面出现横河向拉应力,在两岸岩台边缘附近出现应力集中;河床段廊道在底板顶面和顶拱内侧出现较大顺河向拉应力;廊道与两岸平洞接缝呈顶部张开并向下游向扭转的变形。

浅埋深工作面覆岩应变特征及切顶灾害预警方法研究

为解决浅埋深工作面由突发切顶造成的大面积压架灾害监测预警滞后的问题,采用浅埋工作面现场实测矿压数据分析和相似材料模拟试验方法,从支架工作阻力增阻特性、覆岩应变演化规律、覆岩应变与顶板破断来压的关系方面进行浅埋深工作面覆岩应变特征研究。研究结果表明:浅埋深工作面支架工作阻力在非来压时微增阻,来压时急增阻,增阻速率提升了27~85倍,反映了覆岩应变的突变性;顶板来压前覆岩微应变,来压时覆岩应变突增,切顶时出现尖峰;覆岩应变具有灵敏性和超前性,可以此对顶板异常来压进行监测预警,并提出了以应变为指标的基于分布式光纤技术的切顶压架灾害现场监测预警方法。研究对浅埋煤层开采顶板灾害防控具有实用价值。

考虑岩石应变软化的厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

为了分析裴沟矿31采区的煤炭开采对上部魔洞王水库的影响,以及评价水体下开采的安全性,首先分析了岩土体材料在三轴压缩试验中表现出来的应变软化现象,认为岩石峰后的软化能够说明覆岩破坏后的力学特性;然后介绍了FLAC3D中应变软化模型;最后分别建立Mohr—Coulomb理想弹性模型和应变软化模型的数值模型,针对工作面推进过程中覆岩移动破坏的特征以及顶板导水裂隙带发育规律,分析了两者计算结果的差别,计算结果表明:应变软化模型对覆岩移动破坏特征的计算更加准确,能够说明工作面推进过程中覆岩移动规律,通过其计算得到的导水裂隙带高度的预计对水体下采煤的安全性评价有一定的参考价值。

竖向荷载作用下厚覆盖层防渗墙竖向变形模型试验研究

我国有多座250 m甚至300 m级的超高土石坝,在设计或施工中都面临准确计算坝体防渗墙的变形和应力的问题。通过开展室内模型试验,研究防渗墙墙底接触刚度和墙-土接触面属性对混凝土防渗墙变形的影响。墙底刚性接触的防渗墙沉降明显小于柔性接触,但是刚性接触的防渗墙压应变是柔性接触的1.44倍,最大压应变均位于1/2墙高处。采用未包裹的黏土做接触面泥皮,导致防渗墙沉降和压应变增加;采用膨润土做接触面泥皮能显著降低防渗墙的沉降和压应变。相比于不考虑泥皮和采用未包裹的黏性土做泥皮,膨胀土泥皮防渗墙的最大压应变分别降低了44%和52%。

深覆盖层上土石坝竣工期坝体及防渗墙应力应变分析

在深覆盖层上修建土石坝,坝基的渗流控制是首要问题,防渗体系的选择尤为重要,坝体填筑料与防渗墙材料往往不同,应力应变特性复杂。为此,本文以某深覆盖层上均质土石坝为例,采用三维有限元方法开展数值分析,模型中采用Duncan-Chang双曲线本构模型,对坝体及混凝土防渗墙进行模拟计算。结果表明:坝体最大位移出现在坝体中下部,坝体与防渗墙接触面顶部区域填筑料位移较小,防渗墙最大水平位移出现在墙体中下部;坝体均受压应力,坝体与防渗墙接触面应力变化明显,防渗墙最大应力出现在墙体中下部。

基于BOFDA的覆岩采动“两带”变形表征研究

为研究荫营矿150313工作面两带高度的光纤应变表征方法,分析了BOFDA的应变监测原理,建立了光纤应变表征冒落带和裂隙带岩层变形的力学分析模型,详细分析和讨论了两带范围内岩块位移变形时水平光纤、垂直光纤的应变变化特征,得出光纤应变变化和岩层破断垮落强度、垂直位移量成正相关关系;光纤应变突变点表征了岩块的破断垮落位置,光纤应变突变点之间的范围表征了岩层变形的范围。并进行了基于BOFDA技术的平面模型相似模拟试验,试验结果表明,两带发育规律和BOFDA光纤应变曲线有明显的对应关系:垂直光纤应变不仅表征了采动两带在采场横三区横向演化过程的变形特征,还表征了岩层垮落的高度和垮落强度;水平光纤应变曲线不仅表征了两带范围内岩层的垮落范围和垮落强度,其多级凸台曲线同样表征了采场横三区岩层破断垮落的不均衡性。相似模拟试验得到该工作面的实际冒落带高度和裂隙带高度,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为BOFDA技术在上覆岩层变形的物理模型试验中应用提供了可靠依据。