厚顶煤巷道煤柱尺寸留设及“控顶限帮”支护技术研究

为研究存在地质构造的情况下,刀把型工作面缩面期间煤柱留设尺寸以及支护难题,结合东滩煤矿1310工作面地质条件,通过理论分析及数值模拟等研究方法,确定缩面后刀把型工作面煤柱尺寸,提出了“控顶限帮”支护原理,实现对厚顶煤巷道深浅围岩的协同控制。研究结果表明,留设40 m保护煤柱,配合支护方案,可充分确保1310辅助轨顺安全稳定。结合缩面后现场监测情况,认为缩面后40 m煤柱宽度与支护方案合理可行。

不同断层倾角条件下防水煤柱合理宽度的研究

为了研究不同断层倾角条件下的防水煤柱合理宽度,本文运用摩尔库伦准则求取了突水类型的断层倾角临界值.在综合考虑了煤柱本身受矿压及水压作用后的稳定程度;以及考虑煤柱一侧开采后形成的底板导水裂隙带位置与断层以及含水层的关系的情况下,运用弹塑性极限平衡理论、流体力学、土力学理论求得了断层倾角较大和较小时的防水煤柱宽度的计算公式.在推导出的理论公式基础上,利用MATLAB工具箱编程计算出托山煤矿防水煤柱宽度应为16 m.相对于以前设计的防水煤柱宽度来说,可减少4 m宽,既保证了煤矿的安全生产,又提高了采煤回收率,对节约能源起到了重要作用.

综放回采巷道护巷煤柱合理宽度分析

针对较薄厚煤层综放开采留煤柱护巷回采巷道围岩大变形、难支护的特点,基于弹塑性极限平衡理论分析得出的煤柱合理宽度计算式,以谢桥矿1151(3)综放面回采巷道为研究对象,定性定量分析护巷煤柱宽度合理留设的影响因素及相互间的力学关系。结果表明,提高支护阻力、优化支护参数、加大采空侧对煤柱的侧向约束力是提高巷道围岩和煤柱整体承载能力、保证巷道整体稳定性的有效途径。研究成果为类似条件综放开采留煤柱护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据。

弹塑性极限平衡法分析复杂岩质边坡的稳定性

笔者采用弹塑性极限平衡法来研究分析复杂岩质边坡的稳定性 ,即以塑性极限理论为基础 ,应用逐渐降低材料强度来逼近系统的极限平衡 ,并以屈服区的贯通来表征系统的极限平衡状态。此时 ,系统达到临界平衡状态时所对应的材料强度降低倍数即为整体最小安全系数 ,临界平衡状态定义为边坡内的塑性屈服区能够形成潜在的滑移通道时的状态。以城门山露天矿南帮边坡为研究对象 ,通过自行改编的NCAP -FS程序进行了数值分析 ,结果表明 ,南帮边坡现阶段是安全稳定的 ,与现场观测结果一致。

软弱夹层的极限荷载分析

岩土体中的软弱夹层是一种广泛存在的地质体,由于其力学性质较差,容易给工程建设带来安全隐患,对其稳定性的研究逐步引起重视。根据塑性极限平衡分析方法,针对软弱夹层的承载稳定问题,将软弱夹层上下土层当作准刚性层,基于修正Prandtl挤压理论解答对软弱夹层的极限荷载进行了计算。分析过程中认为,准刚性层间的软弱夹层在极限状态下发生塑性挤出破坏,考虑到Prandtl挤压理论的剪应力解答在x方向上的不足,结合不同的边界应力条件,对软弱夹层中的应力分量和夹层表面的极限荷载进行了重新求解。推导的极限荷载实用计算式能综合考虑软弱夹层面的摩擦条件、土层自重及夹层周围的受力状态等因素,并与其他理论计算式的结果进行了对比分析。计算结果分析表明,不考虑土重时,该方法计算的夹层极限荷载随厚度变化规律与Prandtl方法基本一致;考虑土重影响时,该方法计算结果与规范法相似,但在夹层较厚时能更明确地反映宽度对极限荷载的影响。此外,夹层上下边界的摩擦条件对极限荷载的影响程度随夹层宽厚比的不同而变化,对于一定厚度的夹层存在几乎不受摩擦条件影响的临界宽度。其研究结果可为软弱夹层的承载稳定分析提供参考。

岩土中的剪切带局部化问题研究:回顾与展望

回顾了圆弧滑动面理论的产生及其在土坡抗滑动稳定分析和极限承载力计算中的应用,并指出了圆弧滑动面理论和刚塑性理论及极限平衡条件的关系及其局限性。介绍了剪切带局部化问题的研究现状,包括一些热点研究领域和最新研究成果。着重介绍了用子负荷面模型模拟超固结黏性土剪切带局部化和用动态剪切带单元模拟摩尔库仑材料剪切带局部化的最新研究成果。对剪切带局部化问题研究提出了几个主要发展方向。

复杂基岩稳定分析的弹塑性极限平衡法

以塑性极限理论为基础，提出适合于复杂基岩稳定分析的弹塑性极限平衡法．研究中采用逐渐降低材料强度来逼近系统的极限平衡状态，并以屈服区的贯通来表征系统的极限平衡状态．考例和工程实例表明，此方法是合理可行的，且当系统只有单一的失稳面时，与刚体极限平衡法的结果是一致的．此方法也可推广应用于岩质边坡和地下洞室的稳定性分析．

四川巴中市南龛斜坡变形破坏机制分析与稳定性评价

在研究南龛斜坡自然地质环境条件、岩土物理力学参数以及现场勘探测试的基础上 ,采用地质分析、半定量的弹塑性有限元分析、定量的极限平衡法分析、因素敏感性分析以及可靠性分析等方法 ,分析了斜坡的成因机制和稳定性 ,并计算了其破坏概率。作者们认为该斜坡变形破坏的地质力学模式为溜滑 -蠕滑 -拉裂型 ;坡面上雨水入渗是斜坡溜滑、蠕滑、拉裂变形破坏的主导诱发因素。计算结果表明就整体而言 ,斜坡无论在天然和饱水状态都处于基本稳定状态 ,宏观上斜坡还不具备大规模滑动的条件 ;但在饱水状态下 。

浅埋土体隧洞松散压力计算方法的探讨——隧道稳定性分析讲座之四

考虑到传统浅埋土体隧洞松散压力计算方法存在三个缺陷:一是模型破坏面计算范围过大;二是两侧阻滑力计算不准;三是没有考虑外界不利因素的影响。本文提出了两种计算方法避免了这些缺陷。一种是基于弹塑性理论和极限平衡理论,即采用有限元极限分析法来求解浅埋隧洞松散压力;另一种是将岩柱理论的破坏范围作了一定修改,并考虑了外界不利影响,提出了修正的岩柱理论。两种计算方法有较严格的力学依据,计算结果与实际情况更加相符,为求解浅埋土体隧洞松散压力提供了两种新的方法。

重庆某厂区边坡工程稳定性分析与综合治理

某厂厂房基础场平开挖后,灰岩顺层岩坡坡脚被切削,3条泥化夹层相继沿边坡出露,夹层上覆岩体极有可能沿夹层下滑。通过运用极限平衡法和弹塑性有限元法对边坡治理前后进行了稳定分析,经多方案优化对比,在工程治理中,采用了阻滑键、预应力锚索、预应力锚杆、挂网锚喷和SNS拦石网等现代滑坡治理技术,从表观和深层监测资料看,分析方法正确,工程治理措施可靠有效,边坡处于稳定状态。

运用Hoek-Brown经验准则分析圆形硐室围岩弹塑性应力和位移

Hoek-Brown经验准则能够较容易地用来估计节理岩体的强度,在岩石工程界已得到广泛的应用和认可。只要用定量指标合理地描述岩体质量,就可确定岩体的强度,因此Hoek-Brown经验准则为通过岩体质量评分评价岩体稳定性架起了一座桥梁,并对需要采取的加固支护措施提出建议。地下硐室开挖后改变了岩体的初始应力状态,围岩应力产生应力重分布现象。当硐室周边围岩应力状态超过岩体弹性极限状态而进入塑性状态时,塑性区内岩体的应力满足极限平衡条件。本文简单回顾了当侧压力系数为1时,圆形硐室围岩的弹性应力和位移,在此基础上以Hoek-Brown经验准则为极限平衡条件,得到圆形硐室轴对称平面应变问题的围岩弹塑性应力和位移的分析解。

无衬砌浅埋隧洞松散压力的数值分析法

将极限平衡理论和弹塑性理论相结合,利用ANSYS和FLAC3D数值分析软件来计算浅埋隧道松散压力。计算时先将土体强度参数进行折减,隧道开挖后不做衬砌,在拱顶施加与重力方向相反的节点力,通过调整施加的反力大小使隧道处于破坏极限状态,即极限平衡状态;通过软件是否收敛来判断隧道是否破坏。该方法考虑了土体材料的特殊性,有严格的力学依据,计算结果与实际情况更加接近,为求解浅埋隧道松散压力提供了一种新的方法。

加载方向对张紧式吸力锚极限承载力的影响分析

利用真空预压法在模型试验土池内制备了软黏土层,选择不同加载方向,进行力控制下张紧式吸力锚极限承载力模型试验,分析了加载方向对其破坏模式以及极限承载力的影响。结果表明,对于最佳系泊点受倾斜荷载作用的吸力锚,当加载方向从40°变化至20°时,尽管锚的水平位移和承载力明显增加,但锚始终表现为竖向拔出的破坏模式,且锚底以下土层的反向承载力是影响其极限承载力的关键因素。按照模型试验条件,分别通过塑性极限上限分析与极限平衡分析预测锚的极限承载力并与试验结果进行比较,发现如果将锚底的反向承载力系数取为常数,预测结果不能反映加载方向的变化对极限承载力的影响。因此,为了客观预测锚的极限承载力,依据模型试验结果,提出了一种反映加载方向对锚底反向承载力影响的修正关系。

三峡升船机上闸首——基岩的整体稳定性研究

采用基于塑性极限理论的弹塑性极限平衡法研究三峡升船机上闸首———基岩的整体稳定性 ,该方法以逐渐降低材料强度来逼近系统的极限平衡状态 ,以塑性区的贯通表示系统的临界失稳状态 ,无需事先确定滑裂面 ,适合于复杂基岩的稳定性分析。研究中模拟施工过程 ,把开挖卸载后的基岩应力作为再加载时的初应力 ,并考虑到基础固结灌浆等加固措施 ,假定基岩从弹性状态开始再加载。结果表明 ,上闸首———基岩系统的整体稳定安全系数为 3 .3 。

按塑性理论设计四边支承的双向板

考虑了不同的支座条件及不同的长宽比的双向板在破坏时,支座条件及长宽比对塑性铰线的影响,假定塑性铰线划分的板块为绝对刚体,利用刚体的极限平衡条件及虚功原理推导出了双向板考虑塑性时的内力计算公式.

挡土墙被动土压力的库仑统一解

基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,指出库仑土压力理论存在的一些缺陷,明确提出极限土压力是由墙后塑性土体产生,并假定塑性区的一族滑移线为直线即平面滑裂面,建立了更为完善的滑楔分析模型,求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙被动土压力、滑裂面土反力以及它们的分布。经典库仑和朗肯被动土压力为其特例。

软土中张紧式吸力锚破坏标准模型试验与有限元分析

为了确定软土中张紧式吸力锚的破坏标准,采用自主研发的电动伺服加载装置,在荷载和位移控制方式下进行了张紧式吸力锚在最佳系泊点受静荷载作用的承载力模型试验。结果表明:不同的破坏模式,锚破坏时对应的位移也不同。当锚为竖向破坏时,对应锚沿系泊方向的位移约为0.6倍的锚径;当锚为水平破坏时,对应锚沿系泊方向的位移约为0.3倍的锚径。同时,按照模型试验所得的破坏标准确定的吸力锚的极限承载力与极限分析法的预测结果吻合较好。对足尺锚进行了有限元分析,将分析结果与极限分析法的预测结果进行比较,验证了模型试验所得位移破坏标准的合理性。

按极限平衡法计算四边支承的双向板

根据四边支承双向板的破坏情况,简化出四边支承双向板破坏时的塑性铰线,并根据刚体的极限平衡条件列出各板块的极限平衡方程,再根据虚功原理列出虚功方程,求出按塑性计算各种支座条件下的四边支承双向板的内力计算公式。

基于弹塑性模型的土洞地区管沟坍塌主要原因分析

以山西煤层气管道一期工程所处地理环境为例,基于坍塌柱模型、弹塑性模型,分别运用有限元法、极限平衡法对输气管道在吕梁地区含水砂土层地质条件下发生管沟坍塌的可能性以及导致管沟坍塌的主要因素进行分析。计算结果表明,管沟坍塌的影响因素主要有管沟上覆土层的重力、真空负压差和地下水的活动等。管沟上覆土层在重力以及真空负压差的影响下,从边坡开始产生塑性区;在土体吸水软化效应逐渐增强的同时,土体塑性区不断向土洞的上方以及外侧扩展;随着土体参数降到一定值,在管沟受力面的上方产生了贯通的塑性区,上覆土层发生失稳。有限元分析结果表明,地面塌陷多发生在降雨期间,表明地下水的活动对地面塌陷也有着非常重要的影响。

挡土墙主动土压力的库仑统一解

基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,指出库仑土压力理论存在的一些缺陷,明确提出极限土压力是由墙后塑性土体产生,并假定塑性区的一族滑移线为直线,即平面滑裂面,建立了更为完善的滑楔分析模型,求解了在一般情况下考虑黏性土作用的挡土墙主动土压力、滑裂面土反力以及它们的分布,而经典库仑和朗肯主动土压力为其特例。