落石冲击棚洞复合缓冲垫层动力响应研究

为探明棚洞聚乙烯泡沫、混凝土板复合垫层抗落石冲击性能,以框架型棚洞为研究对象,基于模型试验研究了不同高度落石冲击下落石冲击荷载及棚洞动力响应规律。结果表明:随着落石高度的增大,落石冲击力、冲击压力和棚洞顶板位移峰值、振动加速度峰值增大,线性关系明显。与纯砂垫层相比,聚乙烯泡沫和混凝土板复合垫层落石冲击力、冲击压应力、棚洞顶板位移、振动加速度峰值均显著减小;其中,混凝土板复合垫层落石冲击力、冲击压应力峰值最小,聚乙烯泡沫复合垫层棚洞顶板振动加速度峰值最小;落石冲击能量较大时,聚乙烯泡沫复合垫层棚洞顶板位移峰值最小。研究结果可为防落石棚洞复合垫层设计提供参考。

锚杆托板与缓冲垫层组合结构动载力学性能研究

为获取缓冲垫层放置位置及厚度的选取依据,分析了缓冲垫层对冲击地压巷道锚杆支护系统中托板及组合结构抗冲击性能的影响。利用落锤冲击试验装置,测试了托板、W型钢护板和橡胶缓冲垫层等4种组合结构的动载力学性能,得到了试样的冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形特征,分析了W型钢护板、缓冲垫层位置及厚度对托板动态力学性能的影响。研究结果表明:托板均经历了拱高降低、四角翘起、拱底面积减小等变形过程。随着冲击能量的增加,试样冲击力峰值及变形量呈增加趋势,冲击力时程曲线可分为初期震荡、急速上升、平稳震荡和迅速下降等4个阶段。与单独托板相比,W型钢护板可降低冲击力峰值、增加试样震荡作用时间、有效保护试样的完整性和提高试样抗冲击性能。通过对比缓冲垫层放置位置及厚度的冲击力峰值、位移量、冲击能量吸收率及托板变形量,得到缓冲垫层放置在W型钢护板与围岩接触面之间时,抗冲击性能更好,其合理厚度在16~18mm。根据托板静载拱高变形量要求,单独托板可承受约2500J的冲击能量,W型钢护板及缓冲垫层组合结构可起到吸能、改善托板承载特性及提高托板抗冲击性能等作用,现场应用效果良好。

多方案联合处理土岩组合地基效果研究

建筑物土岩组合地基的不均匀沉降一直都是设计和施工的难题,结合工程实例,借助ABAQUS有限元软件,对使用CFG桩、旋挖桩和换填垫层法联合处理方案进行处理的土岩组合地基进行数值模拟。通过对比不同的地基处理方式对土岩组合地基差异沉降的影响,并分析地基的差异沉降和整体沉降,判断使用何种处理方式能较好地处理土岩组合地基的不均匀沉降问题。研究结果表明:使用CFG桩和换填垫层法联合处理的土岩组地基可以较好地解决地基的不均匀沉降问题,模拟结果可以为相关工程土岩组合地基的设计及处理提供一定的参考。

新型缓冲吸能装置手性结构吸能特性对比分析

为改善采掘扰动及冲击地压对超前液压支架的冲击破坏作用,有效提升支护设备服役寿命,设计了一种新型缓冲吸能装置,作为一种独立设计的模块化单元,该种吸能装置通过螺栓安装在超前液压支架顶梁上端面,能够有效缓冲来压峰值,为液压支架安全阀的开启提供充足缓冲时间,极大程度地减少了液压支架立柱弯曲、断裂甚至爆缸现象的发生。文中重点对核心吸能体的结构参数及材质属性开展了相关研究,对比分析了6种不同材质手性蜂窝结构的变形响应特性、缓冲特性及吸能特性,结果表明:①相同冲击载荷工况下,橡胶材质三韧带结构压缩变形量最大,为172.1 mm,而尼龙材质六韧带结构压缩变形量最小,为5.83 mm;②经尼龙材质六韧带结构缓冲后的来压峰值最大,为2148 kN,缓冲时间为20 ms,而经橡胶材质六韧带结构缓冲后的来压峰值最小,为147 kN,缓冲时间为209 ms,远大于液压支架安全阀60 ms的动态响应时间,满足安全阀正常开启的基本要求;③橡胶材质和尼龙材质的吸能峰值近似,均为10^(4)J,相比其他工况而言,橡胶材质六韧带手性结构的吸能区间呈现为平缓的山峰状,有效吸能区间范围更大,吸能效果更佳,吸能缓冲时间更长。综合评估可知,橡胶材质六韧带手性结构具有较好的缓冲吸能效果,且结构变形较小,满足预期指标及煤矿现场的具体工况需求。

滚石防护棚洞EPS垫层结构缓冲作用研究

工程实践表明聚氨酯泡沫(EPS)垫层结构对滚石防护棚洞有较好的缓冲作用,但其作用机理,缓冲效果定量评价还有待深度研究。为此,对滚石冲击荷载下铺设土垫层及EPS垫层结构棚洞板的动力响应进行了对比研究。首先通过静力压痕数值试验获取不同垫层结构与滚石在加卸载条件下的接触力—压痕关系,并将其引入棚洞板的冲击动力控制方程,进而计算滚石冲击荷载下不同垫层结构棚洞板的动力响应,并与动力有限元进行了对比分析,结果表明:理论解与动力有限元结果非常接近,理论方法可用于棚洞动力响应分析;EPS垫层结构缓冲效果显著,可大幅度降低滚石冲击力,且EPS材料密度越小、厚度越大耗能效果越明显。

内蒙古某多金属矿2号矿体采空区处理方案探讨

内蒙古某多金属矿2号矿体采空区上盘和顶板暴露面积约10万m2,而且采空区形状不规则、分布范围广、重叠交错。根据采空区的现状和矿山现有的生产设施,通过对比分析,推荐采用强制崩落上盘围岩并诱导上盘逐渐崩落围岩充填采空区,在作业区上方形成一定安全厚度的缓冲垫层的处理方法。同时对缓冲垫层安全厚度的确定进行了研究,为类似矿山大型采空区处理提供了参考依据。

滚石冲击棚洞砂土垫层耗能缓冲机理研究

以实际棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击砂土垫层进行数值仿真计算,分析不同冲击能量下多组砂土垫层厚度组合的动力响应及耗能缓冲机理。结果表明:低冲击能量下,改变砂土垫层厚度对滚石冲击力的影响不大,而高冲击能量下,不同厚度砂土垫层的吸能减震效果有显著差异;增大砂土垫层厚度可有效地减弱滚石冲击对棚洞钢筋混凝土顶板造成的变形影响,但同时也会增加结构自重;通过计算,可以得到最优化的垫层厚度,兼顾经济合理性和结构可靠性。研究成果将为滚石多发区棚洞结构砂土垫层的设计提供理论依据。

高坝挑流冲刷深度计算

本文在整理分析大量挑流冲刷原型观测资料的基础上,给出了适用于不同岩性条件下计算冲坑平衡深度的经验关系式(5)。为了估算冲坑发展过程及平衡年限,作者建立了冲坑发展过程物理模式,并据此导出了描述冲坑发展过程的无因次数学方程式(11)。验证计算结果表明,上述公式能较好地反映工程实际情况。

滚石冲击棚洞砂土垫层物理模型试验及数值模拟研究

滚石冲击棚洞垫层的动力响应分析多采用数值模拟手段,缺乏物理模型试验验证。为此,以山区棚洞结构为原型,搭建滚石冲击棚洞结构试验平台,开展不同坠落高度下不同垫层厚度及密度的冲击试验,并建立对应的数值模型。进一步通过与试验结果比对,验证数值模型的可靠性,在此基础上开展滚石冲击棚洞垫层动力响应数值计算分析,结果表明:松散砂土垫层比密实砂土垫层具有更好的耗能效果;增大垫层厚度能够延长冲击持续时间,有效降低滚石冲击力,但随着厚度不断增加,其缓冲能力的提升程度减缓;通过对Hertz接触理论、日本公式、动力有限元三种方法比较,发现前两种方法的计算结果明显偏大,偏于保守。研究成果可为棚洞结构砂土垫层的设计提供理论与技术支持。

小天都水电站气垫调压室洞壁围岩的高压透水性测量研究

在小天都水电站气垫调压室勘探洞内的高压透水测试结果表明 ,随着探洞向山体深部延伸 ,岩体结构愈趋完整 ,洞壁围岩的透水 (气 )性愈趋减弱。探洞最深部的 0 + 72 9m测点 ,围岩的高压 (6MPa)透水率小于 1 0Lu。因此 ,该洞段围岩具有较为理想的高压封闭性能 ,具备修建气垫调压室的基本地质条件。

小湾工程护坡不护底水垫塘的试验研究

对小湾工程高水头、大流量坝身泄洪条件下，护坡不护底水垫塘进行了系统地试验研究．在按基岩微弱风化界面铺设动床的情况下，水垫塘基岩冲刷试验表明，坝身泄洪的水垫塘控制工况是表、中孔联合泄洪的工况；在各种泄洪工况下，当基岩抗冲流速为 10～12 m／s 时，校核洪水下基岩冲刷平衡深度小于 15 m．改变二道坝高度的冲刷试验表明，二道坝高度能减少基岩冲刷平衡深度，但高度增加值和基岩冲刷平衡深度的减少值并不相等，适宜的二道坝高程为 1 004．00～1 008．00 m．改变水垫塘两岸边坡的冲刷试验表明，水垫塘底宽对基岩冲刷平衡深度的影响较大，坝身表、中孔单泄时，水垫塘底宽应大于挑流水舌横向重叠的宽度；表、中孔联合泄洪时，水垫塘底宽应大于水舌入水总宽度，否则基岩冲刷平衡深度急剧加深． 根据试验研究和分析提出了一种护坡不护底水垫塘的优化体型——勺型水垫塘，给出了体型尺寸和相应的试验结果．试验表明，小湾水电站水垫塘在现有泄洪布置和基岩抗冲流速 10～12 m／s 的前提下，采用护坡不护底的型式是可行的，如能实现，则将取得显著的经济效益．

面板堆石坝垫层施工及坡面防护技术的发展

随着混凝土面板堆石坝坝高和工程规模的日益增大,施工期坝体临时断面的度汛问题就显得越发突出,而其焦点是垫层的施工。寻求坝体垫层料快速填筑方法及上游坡面垫层的新型防护形式,已成为高混凝土面板堆石坝施工技术发展的一个重要方面。从传统的施工方法,到巴西ITA(伊塔)坝创造性地采用挤压式混凝土边墙保护方法进行垫层料、过渡料的施工,垫层施工技术产生了新的飞跃。今后一段时间,垫层施工应是ITA方法占主导地位,并且新的边墙形式及边墙成型工艺将不断出现,新的碾压和铺料方式将被采用,朝着更加简化施工、快速、高压实度的方向发展。

滚石对垫层材料的冲击特性研究

在极限分析上限定理的基础上,选择合适的机动位移速度场及容许破坏模式,推导出地基承载力上限解,然后利用弹塑性力学知识得出了滚石冲击压力以及滚石冲击深度的计算表达式。

采空区缓冲垫层最小安全厚度分析

为了分析采空区顶部垮落过程对下部结构体的影响,文中以2号矿体采空区为背景展开分析。首先通过建立数值模型计算,确定2号矿体的平衡拱极限垮落跨度为51.38 m,冒落拱的高度为12.8 m,结果表明,上盘围岩冒落不会通达地表;然后,通过PFC2D模拟软件,建立缓冲垫层分别为14 m、16 m、18 m、20 m、22 m五种方案进行分析,通过对采空区下部结构体内部裂纹数和结构体受到的冲击力进行监测,对比理论计算结果进行分析,结果表明,当垫层厚度为20 m和22 m时,下部结构内裂纹数为0,且结构体受到的冲击力小于其所能承受的最大应力(0.525 MPa),由此可知2号矿体采空区最小安全垫层厚度为20 m,案例对比分析验证了20 m缓冲垫层厚度的合理性。

关于煤矿下山巷道掘进全断面一次爆破若干技术问题研究

为解决煤矿下山巷道掘进全断面爆破中普遍存在的炮眼利用率低、巷道成型差、拖底现象严重等问题。在分析其形成原因的基础上,提出宜采用的技术措施,包括优选楔形掏槽方式,增加中心抛渣直眼,优化爆破参数,有选择的采用较大直径的炮眼和药卷,周边眼采用水垫层不耦合装药结构,设置两排底眼,即增加一排用于抛掷岩石的抛渣眼,以及合理安排起爆顺序,采用反向起爆技术,加强炮孔堵塞,使用铁套管防淤等。现场应用情况证明了所研究提出的施工技术和工艺的合理性和实用性。

水流损失和热补偿共同作用对增强型地热系统(EGS)产能影响的研究

基于青海共和盆地-3705m地热田实测数据,结合流固耦合传热理论并运用Comsol软件,建立了离散型裂隙岩体流体传热模型。考虑水流损失和热补偿共同作用,模拟得到了开采过程中上、下岩层(盖层和垫层)为绝热不渗透、传热不渗透、渗透传热时,储层(上、下岩层和压裂层)温度场的变化特征,分析了产出流量、水流损失、产出温度、产热速率的变化规律。研究结果表明:采热过程中产出流量始终小于注入流量;产出流量增幅速率先增大后减小,最后趋于稳定,前3a产出流量增幅超过总增幅量的3/4;忽略水流损失,将高估产热速率,采热初期甚至达到考虑水流损失时产热速率的3倍以上;考虑水流损失,产热速率呈先快速上升再趋于稳定后逐渐下降的趋势,最优开采时间为3a^11a;研究上、下岩层对产出温度的影响,仅考虑传热,采热寿命延长5.43%,同时考虑渗流传热时,采热寿命延长2.71%;采热前9a,水流损失占主导作用,即流入上、下岩层水流损失对产热速率的影响高于热补偿效应,开采10a后,热补偿效应占主导作用;同时考虑水流损失和热补偿效应得到的产热速率变化规律与实际工程更为符合,建议选择低渗透能力的上、下岩层延长增强型地热系统(EGS)运行时间。

垫层料的压实性及渗流稳定性试验研究

结合某水库面板堆石坝垫层料的现场检测成果，通过符合现场碾压工况的表面激振压实及高压渗变试验，论证了所提供垫层料压实控制密度的合理性及垫层料在高水头作用下的抗渗稳定性。虽然从防渗角度考虑，垫层料渗透系数偏大，然而垫层料在有反滤保护条件下，渗透坡降高达200～250未见破坏，具有较高的抗渗稳定性。由于试验级配比现场检测值偏粗，制样干密度又为垫层料现场检测的下限值，故可认为填筑的垫层料能满足工程抗渗稳定性的要求。

气垫式水下岩塞爆破的技术研究及应用

响洪甸抽水蓄能电站的上库输水口采用水下岩塞爆破施工,为确保工程安全并减小水能损失,运用气垫缓冲新技术,克服了国内过去集碴岩塞爆破所存在的爆破动水冲击力过大、发生井喷及石碴堆积到集碴坑下游洞内等问题,标志着在洞口成型、消除井喷、聚碴和爆破震动影响等控制技术取得突破性进展,侧重阐述爆破型式及气垫减震的革新成果。

落石冲击下旧轮胎缓冲层性能研究

棚洞是交通线路防落石工程中普遍采用的一种结构,常设有缓冲层以缓冲落石冲击,耗散冲击能量。基于此提出了一种旧轮胎缓冲层,发挥旧轮胎径向变形空间大的优势,有效缓冲落石冲击作用。构筑了放置废旧轮胎缓冲层的钢筋混凝土结构模型,进行人造落石冲击缓冲层试验,根据落石质量和下落高度以及轮胎内填充介质的不同,试验分4组12次进行。结果表明:棚洞顶设置旧轮胎缓冲层可以缓冲落石冲击作用,有效降低落石冲击下棚洞顶板的加速度峰值和最大冲击力;旧轮胎缓冲层内填充砂石可以提高其刚度,使其具有一定吸能效能,但砂石比重大,对缓冲效果有一定影响;相同落石能级下,旧轮胎缓冲层对质量较小落石的缓冲效果好于质量较大的落石。

基于BIM技术的混凝土面板堆石坝脱空检测与加固

在混凝土面板堆石坝施工和使用过程中,砼面板与垫层料两种不同特性材料之间可出现脱空缺陷。为优化混凝土面板堆石坝脱空缺陷的探测与加固技术,提出了一种基于探地雷达探测图像生成精确BIM模型的新方法。依据白云混凝土面板堆石坝的脱空缺陷探测与加固工程,应用BIM建模与Revit二次开发,结合探地雷达对混凝土面板堆石坝进行了全断面、全方位覆盖探测,生成了脱空病害分布的三维图,统计出脱空区域总体积,为治理混凝土面板堆石坝脱空病害提供了三维可视化的展示与精确的数据支撑,进而制定了有效的加固措施,并取得了良好的加固效果。