充填体破坏特征的聚类分析及数值模拟

充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特征键平均键长能量分别大于35、50、60、150 ms·mV时,出现宏观主裂纹面,且主裂纹破坏面随水泥掺量的增加由张拉破坏面向剪切破坏面转变;破坏过程中特征键子集尺度Ω与损伤变量D之间呈负线性相关关系,Ω可表征充填体损伤演化程度;在应力达到峰值应力和破坏后残余强度前键长值特征空间相关长度ξ表现为明显增长,为充填体宏观损伤的开始及第1次破坏结束的前兆特征;通过颗粒流程序(PFC)数值模拟,可以有效观测到裂纹的类型和变化规律,数值模拟结果与聚类分析结果一致。

矸石胶结充填体损伤演化规律及裂纹扩展特征

为研究巷柱式残采区不同承载能力煤柱旁矸石胶结充填体(GCPB)在单一荷载作用下的损伤演化规律,通过监测单轴压缩(UCS)过程中声发射响应特征、充填体前后超声波波速变化及采用扫描电镜(SEM)观测试样加载后的损伤裂纹断口微观形貌,研究了损伤裂纹由微观到宏观的能量演化规律及裂纹扩展机制。结果表明:胶结充填体强度随PC掺量的增大而增大,完整试样的波速均大于破坏后的波速;压密阶段的声发射事件率可作为判定充填体密实胶结的依据,建立了基于声发射事件数的损伤变量D和基于事件点的空间单键群架构,损伤变量D和单键群架构子集尺度Ω呈现明显的负相关;通过对比分析,主裂纹损伤阈值能量随PC掺量的增大而增大,分别为35,50,60,150 ms·mV,GCPB试件由脆性破坏向延性破坏转变;GCPB裂纹演化主要由3种不同的裂纹形核引起。以上可为充填体在矿井充填设计中提供依据。

单进路采场充填假顶力学行为数值分析

为分析研究单进路采场充填假顶在暴露过程中的力学行为与发展特征,以及内部配筋的受力状态,以某矿山急倾斜薄矿体下向分层进路充填采矿法形成的充填假顶为工程实例,结合实际建立标准化三维模型,采用有限差分法分析软件进行数值模拟计算。结果表明:回采水平越深采场主应力越大,其中充填通风小井靠近上盘的井壁处受拉应力较为明显,在矿房边界外5~10 m范围内存在一定的压应力集中现象;顶板最大位移并不位于几何中心,越靠近上下盘边界位移变形量越大;吊筋所在位置顶板暴露前后受力状态由受压转变为受拉,底筋受力状态并不单一受拉,呈拉压交错复杂状态。

柱旁单侧充填煤充结构体的破坏响应特征与失稳机制

为研究柱旁单侧充填后“充填体-煤柱”协同承载结构体(BP煤充结构体)的破坏响应特征,首先,借助三维光学散斑监测仪和声发射系统,开展6组不同类型BP煤充结构体试样的单轴压缩试验,实时监测表面变形信息和试样破裂信号;其次,构建基于声发射特征的BP煤充结构体单轴压缩损伤模型;最后,揭示BP煤充结构体单轴压缩的失稳机制。研究结果表明:随着煤体元件体积占比的增加,BP煤充结构体的承载能力逐渐减小,弹性模量先减小后增大,而峰值应变先增大后减小。BP煤充结构体试样在单轴加载过程中,应变集中带首先出现在煤-充界面,其次出现在体积占比较大的元件中,最后出现在体积占比较小的元件中;最大声发射能量均出现在体积占比较大的元件中。BP煤充结构体试样的损伤会经历一个渐进损伤过程,主要包括初始损伤阶段、损伤发展阶段和损伤衰减阶段;煤体元件体积占比越大,BP煤充结构体损伤值增长越迅速,也更易造成结构体突然失稳;相反,充填体元件体积占比的增大会延缓BP煤充结构体试样的损伤速度。BP煤充结构体试样的失稳最早由煤-充界面的剪切破坏或拉伸破坏所引发,之后煤体元件或充填体元件发生联动破坏,导致BP煤充结构体试样丧失整体承载能力,并引发最终失稳。

落石冲击下单压式拱形明洞的回填方式

为了解不同回填方式对拱形明洞结构受力的影响,利用动力有限元法,以客专双线单压式拱形明洞为研究对象,分别取混凝土、夯填土石、黏土、堆积土4种填充材料,对拱圈与耳墙间、耳墙外侧、拱顶上部进行4种不同方式的回填,并与不回填组成5种工况,模拟落石冲击下明洞结构的力学响应,对比分析拱顶、拱肩、拱脚、耳墙及仰拱等部位的应力、位移和地基反力;对各工况下的不同部位的应力、位移及基底反力进行打分,将每一工况对应的各项得分相加得到总分,根据总分对各工况进行综合评价。结果表明:在拱圈与耳墙之间采用混凝土填充,对落石冲击的缓冲和自重下结构的受力,都要优于采用夯填土石或黏土,但应注意保证耳墙基底地基承载力;当耳墙外侧有堆积土回填时,结构受力明显改善,但耳墙基底反力有所增大;相对于采用较坚硬的夯填土石或混凝土,拱顶上部采用较松软的黏土作为缓冲材料,更有利于结构拱顶部位的受力,但不利于耳墙侧拱脚和仰拱受力。

强夯法在松软地基处理中的应用

通过应用强夯法的地基处理工程实例及加固效果检验 ,说明对非饱和松软填土和粉土的强夯加固效果以及参数的试验和确定 ,并提出了跳打施工 。

柠檬酸浸法预处理对磷石膏充填体性能的影响

为探究柠檬酸水溶液预处理磷石膏作为充填体材料的可行性,试验采用质量浓度为4%的柠檬酸水溶液对磷石膏进行浸泡预处理,将处理后的磷石膏与未处理的磷石膏分别制备成6种不同配比的试样,先后对标准养护条件下的样本进行了剪切流变测试,7 d、14 d和28 d的单轴抗压强度测试,以及扫描电镜(SEM)测试。试验结果表明:柠檬酸浸法预处理磷石膏充填体较未处理磷石膏充填体单轴抗压强度明显提高,且主要强度形成期在0~7 d,同时,预处理磷石膏可以降低浆体屈服应力,提高浆体易泵性;SEM结果显示,预处理磷石膏充填体的微观结构与未处理磷石膏相比其标志性水化产物的产生量更多,微观结构更加致密。

深厚回填土地基强夯加固效果影响因素研究

影响深厚回填土地基强夯施工效果的因素有很多,基于云南某深厚回填土地基强夯处理项目,采用单一变量原则,运用ABAQUS有限元模型,结合以往经验,逐个分析影响强夯作用的参数,分别研究在同一夯击能下不同夯击次数、不同夯击组合、不同夯锤直径对强夯加固作用的影响,以及在不同夯击能冲下地基土体的竖向位移、竖向应力、水平位移的变化情况。研究成果可为强夯施工提供参考。

考虑负摩阻力的回填土地基单桩承载力计算

回填土地基的桩基设计若忽略负摩阻力的影响,将使设计有不安全因素。根据负摩阻力产生条件和作用机理,通过现场静载荷实验,研究了考虑负摩阻力的回填土地基中端承桩单桩承载力计算问题。实例分析表明,由于桩侧负摩阻力的影响,单桩承载力大为降低。产生负摩阻力的土层,不宜采用端承型桩基。该结果可为回填土地基的桩基设计提供理论依据。

尾砂单管胶固充填在金矿中的应用

指出尾砂单管胶固充填是以具有高水、速凝、早强特性的“全水胶固材料”作胶结料的尾砂胶结充填新工艺。详细介绍了该充填新材料和工艺的特点、主要技术参数。

充填作用下顶板底部单裂隙扩展研究

为了得到采动下海底采场顶板底部裂隙的扩展规律,依据力学特征将顶板沉降过程进行分段建模,并采用ABAQUS模拟了顶板底部裂隙的扩展过程。结果表明,在顶板沉降初始阶段,裂隙面两侧应力对称,裂隙沿垂直拉伸应力方向扩展;在充填体与顶板相互作用阶段,裂隙面两侧应力不对称,裂隙朝着拉伸应力较大一侧发生转向。三山岛金矿新立矿区某采场顶板底部不同位置处裂隙扩展过程分析结果表明,裂隙转向主要由不对称拉伸应力造成,且越远离岩梁中心的裂隙,垂直扩展长度越小,越早发生转向,处在离岩梁中心10 m位置处的裂隙,垂直扩展长度达到8 m后发生转向;处在离岩梁中心20 m位置处的裂隙,垂直扩展长度仅2.5 m后发生转向,处在岩梁中心的裂隙不发生转向。

大连海域单桩基础冲刷特征及防冲刷措施

针对大连某海上风电场项目大直径单桩基础冲刷防护施工技术研究,采用多波束测量方法,对24台风机基础进行监测,结果显示距风机中心半径21 m范围内,最大坑深度为0.77~1.93 m,平均冲刷量为113 m^(3),最大252 m^(3)。基于冲刷监测结果,提出采用袋装砂回填方法,通过铺排船进行施工,采取由内向外分层分段式的抛填方案,有效解决了风电场大直径单桩基础冲刷问题。

江西省某冶炼厂遗留尾砂场重金属污染特征

以江西省某冶炼厂生产过程中遗留在厂内各尾砂池中的废渣为研究对象,利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法相结合的方法对其重金属污染状况进行评价。结果表明:各尾砂池土壤中铜、锌、镍、砷超标倍数高,且除尾砂池2深层土壤外,其他样点重金属内梅罗综合污染指数均远大于1,显示各尾砂池土壤均为重污染土壤。

回填土对单桩承载力的影响

主要讲述攀钢西昌冷轧工程回填土产生的负摩阻力对单桩承栽力的影响，给今后的设计提供借鉴。

单/双U形地埋管换热器传热特性模拟研究

为了研究不同因素对单/双U形地埋管换热器传热特性的影响,建立单U形和双U形地埋管换热器传热物理数学模型,分析流体进口流速、流体进口温度、回填材料和土壤竖向温度梯度对地埋管周围土壤温度分布规律和单位管长换热量的影响。结果表明:地埋管周围土壤温度随流速的增加而增加且双U形大于单U形,对径向距离大于1 m的土壤基本无影响;双U形地埋管换热器的单位管长换热量大于单U形,双U形地埋管换热器的热短路现象更严重;增加流体进口温度时,土壤温度、单位管长换热量均增加,但热作用范围基本不受影响;回填材料为砾砂时的土壤温度增加幅度大于黏土,单位管长换热量大于黏土,但增加比例小于回填材料为黏土时的情况;土壤竖向温度梯度越大,土壤温度和单位管长换热量波动幅度越剧烈,且双U形的波动幅度大于单U形;钻井深度和土壤竖向温度梯度较大时,地埋管不宜采用U形管作为换热器。研究结果对单/双U形地埋管换热器的设计及地源热泵系统的运行提供参考。

矸石充填开采管道磨损影响因素分析

为解决矸石充填管道磨损问题,基于充填开采管道磨损的实际情况,通过设计一系列影响管道磨损的试验,进行了在管道材质、料浆流速、料浆腐蚀性、骨料直径条件下的各因素分析。通过室内试验发现控制骨料粒度、料浆腐蚀性、管道材质、料浆流速分别为单一变量时普通无缝钢管平均质量减少量约为213、161、145、61 g,得出了影响管道磨损因素的大致排序,从而为减少管道磨损提供理论依据。

深厚回填土中单桩受力变形影响因素研究

以具体工程为案例,采用有限元计算软件MIDAS/GTS进行数值模拟,对比工程监测数据,遵循单一变量原则,研究桩端土层弹性模量、桩顶竖向荷载及回填土厚度变化对单桩受力变形的影响.研究表明:改变桩端土层弹性模量,由8 MPa增大至300 MPa时,深厚回填土中单桩负摩阻力增幅达117%,最大轴力增加87%,中性点位置不断下降,桩顶沉降值减小;随着桩顶竖向荷载逐渐增大,荷载值对深厚回填土中单桩负摩阻力影响程度逐渐减小,中性点深度比越来越小,此时桩顶竖向荷载、负摩阻力与中性点三者的变化处于一种动态平衡的过程之中;当回填土的厚度由5 m逐渐增加至25.5 m的过程中,单桩负摩阻力及轴力增大,且中性点深度比呈增大趋势.