端帮采场支撑煤柱峰值应力及塑性区宽度确定方法

为了保证边坡安全的同时回收更多的露天矿边帮压煤,首先采用离散元仿真软件模拟再现端帮煤开采全过程,监测并分析采硐群支撑煤柱受力和变形特征;然后构建不同采硐深度下的3种支撑煤柱竖向荷载分布模型,建立端帮采场采硐与围岩力学分析模型。结果表明:沿采硐延深方向,支撑煤柱竖向受力与变形呈现出典型的分段特征;自采硐口向内,随着采硐深度的增加,竖向应力首先呈线性增大,达到峰值后,在采硐末端前、后约3倍采硐宽度范围内骤然减小至坡体初始应力并保持不变;基于采硐施工前、后采场上覆岩体竖向应力恒定原理,得到不同采硐深度下的煤柱峰值应力确定方法;基于极限平衡理论和Mohr-Coulomb强度准则,推导出峰值应力作用下的煤柱单侧塑性区最大宽度估算公式。

复用回采巷道护巷煤柱合理宽度研究

为解决高瓦斯工作面双U型巷道布置中煤柱损失大、相邻工作面复用回采巷道维护困难的难题,综合采用理论分析、数值计算和现场试验的方法,研究得到煤柱宽度对相邻两工作面之间煤柱内复用巷道围岩应力分布和变形特征的影响规律:随着巷道一侧煤柱宽度的增加,巷道围岩垂直应力峰值向一侧移动,并逐渐远离巷道;当巷道一侧煤柱较小时,巷道以窄煤柱帮变形和顶板下沉为主,随着煤柱宽度增加,底鼓增大并成为巷道主要变形。以煤柱内应力峰值比值为指标,分析煤柱宽度与巷道稳定性的关系,并将不同宽度煤柱进行了稳定性分区。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下巷道布置提供依据。

断层影响下底板应力分布和破坏分析

采用FLAC5.02D数值模拟软件模拟了煤层开采过程中断层对底板应力峰值与塑性区变化的影响。对不同断层倾角,断层刚度和底板水压下底板应力峰值和塑性区变化进行了分析,同时根据现场实测,对有无断层条件下破坏深度进行对比。断层倾角越小,底板应力峰值越高,底板破坏区范围越大;断层倾角越大,底板破坏区范围越小,最终发展为"X"型。断层刚度的增加,没有对底板塑性区产生明显的影响,只是从断层带一侧改善了底板突水通道。随着底板水压的增大,塑性区范围没有明显变化,底板应力峰值的波动程度也不大。无断层存在,底板破坏深度为0～17 m;断层带的存在使底板破坏深度增大了135%。

青岛小净距海底隧道爆破振动响应研究

介绍青岛胶州湾海底隧道的工程概况和邻近隧道爆破控制的研究现状。由位于断层破碎带f3-1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215m×86.1m×60m的数值计算模型,对后行隧道上台阶掏槽眼的爆破效应进行分析。采用国际上常用的计算模式模拟爆破荷载,根据FLAC3D动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上。以控制点振速峰值和塑性区体积为标准对施工方案进行优选,分析认为施工中应尽量减小各掌子面纵向间距、严格控制掘进进尺和装药不耦合系数、施作中空孔。用优选的方案进行研究并得出结论:爆破施工对海底隧道岩石覆盖层的影响范围在15m之内;施工洞和服务洞的围岩振动影响较大,且爆破工作面前方的爆破振动强度大于后方,在其影响范围内应注意加强监控量测并推迟二次衬砌的施作;施工洞拱部、先行洞迎爆面边墙是爆破振速峰值最大的部位,施工洞拱部出现了应力集中现象和拉应力区,施工中应加强支护。

全段高一次爆破扩井技术的应用

深孔爆破一次成井是解决天井掘进困难、加快天井施工和降低掘进成本的有效方法。针对全段高一次爆破扩井的技术难题,从炸药爆破后产生的峰值应力及其衰减规律和岩石裂隙区范围的计算分析,验证了一次扩井的可行性。以金厂沟梁金矿38 m高的竖直通风天井为工程背景,通过对工程现场实际情况的分析,提出了爆破方案,介绍了一次爆破扩井试验。试验结果达到了预期的效果,对同类工程具有一定的借鉴意义。

三峡库区黄土坡滑坡滑带土直剪应力松弛特征试验研究

滑带土的应力松弛对滑坡的长期稳定性计算和支挡结构的设计具有重要的影响。为研究不同应力状态下滑带土的应力松弛特征,利用全自动直剪仪对三峡库区黄土坡滑坡滑带土在不同的垂直压力σ_n、剪应变γ、剪应变增量Δγ条件下进行了直剪应力松弛试验研究。结果表明:黄土坡滑坡滑带土的应力松弛曲线呈现出应变软化特征;随着垂直压力的增大,滑带土的应力松弛量逐渐增大;随着剪应变的增加,滑带土的应力松弛量呈先增加后减小的趋势;以滑带土应力松弛曲线的最大曲率点(T点)为分界点,可将滑带土的应力松弛过程划分为两个阶段;采用双指数衰减模型能够正确地描述滑带土直剪应力松弛曲线的特征;随着剪应变增量的增加,滑带土应力松弛双指数衰减模型拟合曲线拐点T出现的时间减小,滑带土第I松弛阶段应力松弛量的占比减小,与第II松弛阶段应力松弛量的占比呈轴对称关系,且到对称轴的距离减小。

模锻锤载荷谱和应力谱的确定方法

模锻锤是承受多次冲击载荷的金属成形机器。现有的最大载荷设计理论已不符合锤机主要构件的实际承载情况,而应以载荷谱和应力谱为基础进行疲劳强度设计,目前从理论上直接建立这两种谱尚有一定困难。作者采用测试、调研统计、类比和理论计算相结合的方法建立了模锻锤的载荷谱。此外,作者在多次试验中发现锤杆上首次峰值应力与模锻锤打击力之间的相关关系,通过大量的实验数据建立了相应的回归方程。因此从模锻锤的打击负荷分布可求出锤杆上首次峰值应力分布,再借助于减幅系数和无效变程,运用峰值计数法建立了锤杆上的应力谱,尤其是危险区的应力谱,这是一条可行和有效的金属成形机器的编谱方法。

地铁车站钢筋混凝土箱型结构设计研究

作为地下一种特殊的结构体系,地铁车站为长条形、大荷载和大跨度结构,通常可按二维断面框架结构计算并配筋。此时,框架墙板节点位置设计成为关键点,节点位置刚域作用或削峰处理,合理考虑轴压力的有利作用,能充分发挥钢筋混凝土性能,达到较好的经济效果。

浅埋近距离煤层工作面过三角形斜交煤柱开采应力演化规律研究

针对浅埋近距离煤层工作面过上覆三角形遗留煤柱开采,存在顶板局部来压强烈和区段煤柱应力集中导致的巷道大变形等问题,以寸草塔二矿31109工作面为研究背景,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,研究过三角形煤柱两次采动叠加应力的大小和范围的演化规律,揭示两次采动区段煤柱压力变化规律和相邻巷道破坏机理,明确巷道加强支护的范围和重点支护范围与时机。研究结果表明:上覆三角形斜交煤柱对其下方工作面煤层形成应力集中,最大应力位置位于斜交区段煤柱之下;当下煤层31206工作面开采后,31109区段煤柱应力上升为最大应力,应力峰值区位于与上覆斜交区段煤柱叠合区附近,峰值区宽度为240 m,对应该区域巷道变形破坏较明显。31109工作面开采过程中,在工作面煤壁与上覆斜交煤柱叠加区和工作面区段煤柱与上覆斜交煤柱叠加区存在应力峰值区,形成应力双峰;随着工作面推进,双峰应力不断升高,且煤壁应力峰值区逐步向区段煤柱方向移动,当工作面推进到区段煤柱叠加区时,双峰合并为更高的单峰应力;在工作面出斜交煤柱时区段煤柱应力达到最大,出煤柱叠加区后应力迅速减小;总体上,31109工作面开采后区段煤柱应力峰值区最大应力高56%,峰值区范围扩大50%。区段煤柱应力升高的机理是随着工作面的推进,上覆三角形斜交煤柱尺寸不断减小,应力集中程度不断提高;当工作面推进到三角形煤柱端区时,斜交煤柱应力、工作面超前支承压力、区段煤柱应力相互叠合,形成区段煤柱应力峰值区,在工作面出煤柱时(三角形煤柱尖端)形成应力核区,引起该区段煤柱变形和巷道破坏。据此,提出在31109工作面开采前,对应力峰值区和核区巷道进行锚索和注浆补强支护,现场工业性试验取得良好效果,保障了31109工作面过三角形斜交煤柱区安全回采。