Characteristics of compression fracture of ＂three soft＂ coal bed by perfusion and gas sucking technique

Against the particularity of stratum-structure in ＂three soft＂ mine areas, according to rock indoor test and on-site sucking experiment, discussed the characteristics of argillization, compression fracture and sucking technique of soft coal with low permeability. It is clearly pointed out that the gas can be highly effectively sucked only by compression fracture along the occurrence of the coal seam, creating inter-seams crack belt because of the difference of bulgy deformation. After the flooding experiment in the 24080 workface of Pingdingshan No. 10 mine, the average single-bore volume of gas increases from 77 m3 to 7 893 mS, while decay cycle extended from 7 days to 80-90 days. Also, the single-bore extracting rate of gas increases to 33%.

浙江嵊州-新昌地区红层软岩崩解能量耗散研究

以浙江嵊州-新昌地区红层软岩为研究对象,探究该地区红层软岩崩解表面能特性。基于能量耗散原理,通过分析该地区3组不同组成成分的红层软岩在干湿循环作用下崩解过程中能量的转化、传递和耗散,得出红层软岩崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。结果表明,该地区红层软岩随着干湿循环次数的不断增多,表面能累计增长量有3个变化过程:初期呈平缓增长;中期表面能急剧增加,增长速率越来越快;崩解后期其表面能累计增长量逐渐保持平稳状态。试验还表明黏土矿物含量越高的红层软岩,产生的表面能越多,耐崩解性越差。本研究提出的能量耗散模型,为治理浙江嵊州-新昌地区各种红层软岩问题提供了参考价值。

干湿循环作用下嵊州-新昌地区红层软岩崩解及强度弱化特性

红层软岩遇水易崩解并造成其强度弱化,在边坡工程建设中易造成其稳定性弱,导致经济损失,甚至人员伤亡。揭示红层软岩干湿循环作用下黏聚力与内摩擦角的变化特征对于针对性设计边坡处理措施具有重要意义。以浙江嵊州-新昌地区下白垩统朝川组3组红层软岩为研究对象,通过干湿循环试验、崩解岩块点荷载强度试验和崩解颗粒直剪试验研究了红层软岩崩解及强度弱化特性。结果表明:试样在干湿循环作用下呈碎块状-粒渣状-泥糊状依次崩解的形态,其主要崩解过程可分为初始崩解、快速崩解、细微再崩解和崩解稳定4个阶段;试样的点荷载强度I_(s(50))随干湿循环次数的增加而降低,耐崩解指数I_(dn)与点荷载强度I_(s(50))呈正指数关系,试样的点荷载强度I_(s(50))在耐崩解指数I_(dn)为80%~100%之间急速弱化,在耐崩解指数I_(dn)为50%~80%之间表现缓慢弱化特性;试样的峰值抗剪强度介于0.567~1.219 MPa之间,其多发生在剪切位移3 mm前后,同组试样在相同轴压下,峰值抗剪强度随循环次数的增加而减小,试样崩解颗粒内摩擦角在22.28°~33.03°之间,黏聚力在0.46~0.74 MPa之间。试样的摩擦角和黏聚力随着干湿循环次数增加,都呈负指数关系。试验结果表明砂质比泥质胶结的耐崩解性更好,黏土矿物高的岩石更容易崩解,而“白色矿物”钠长石的吸水膨胀能力远不及黏土矿物,其含量差异对耐崩解性的影响不及黏土矿物。

顺层偏压挤压性软岩隧道让压预留变形角支护技术研究

针对顺层偏压挤压性软岩隧道的非均匀大变形问题,提出一种基于钢拱架预留变形角的新型让压单元。基于三维精细化建模分析顺层偏压荷载下让压预留变形角支护的承载特性和效果,并应用于中老铁路甘庄隧道,验证新型让压预留变形角支护技术的可行性。研究结果表明:1)顺层偏压荷载下隧道支护结构以弯曲变形为主,传统让压柔性节点在弯矩内力作用下易发生受拉破坏,让压预留变形角能有效释放拱架的弯矩内力,适应更大的弯曲变形;2)顺层偏压荷载作用下,采用让压预留变形角的钢拱架整体应力水平明显降低,拱架整体的承载能力满足强度要求;3)工程现场采用局部扩挖和设置钢拱架让压预留变形角后,隧道变形在断面开挖18 d以后控制在允许范围内,初期支护的应力集中现象减弱,钢拱架主体不再发生弯曲破坏。

间歇式降雨对沅麻盆地红层滑坡的影响分析

沅麻盆地红层边坡具有岩层倾角小和所处边坡坡角小的特点,天然状态下处于相对稳定状态。水对红砂岩的力学性质有着很大的影响,降雨的入渗会引起边坡内土层饱和重度上升和基质吸力下降,在裂隙中产生的水头会对坡体有平推力。为了研究降雨对边坡稳定性的时间-空间效应,通过现场勘察沅麻盆地地区已有滑坡,采取数值模拟等手段进行定性和定量分析,还原大华坪滑坡的全过程,并对不同强度下前期降雨和后期降雨对边坡的作用进行对比分析。结果表明:前期降雨影响体现在入渗后引起的基质吸力降低和裂隙中水压不断上升,安全系数不断下降但未能达到滑坡临界值,停雨后边坡安全系数的回升具有滞后性,前期降雨量越小滞后性越明显;后期降雨影响体现在降雨量越大,更容易形成表面渗流,增大了下滑力。如果原有裂隙中存在积水,则坡体停雨阶段的安全系数变化比较缓慢。

红层软岩隧洞围岩稳定性分析及分类方法改进

以亭子口灌区一期工程(Ⅳ标段)为工程实例,选取小洞径隧洞较典型的工程地质条件类型,运用工程地质分类法、RMR法、Q系统围岩分类方法分别对红层软岩隧洞围岩稳定性进行分类,由此避免因单一方法造成的系统偏差,对本工程隧洞围岩有了更系统的认识,评价了各方法适用性,并指出各方法分类过程中侧重的分类指标及存在的问题。为改进工程地质分类方法并建立本项目专门的围岩分类方法提供了技术参考和思路:(1)对于小洞径完整软岩岩石强度指标权重可适当降低;(2)对于无结构面发育的围岩,其结构面产状与洞向组合关系指标减分项数值可适当缩小;(3)对本工程水理性质敏感的软岩,因围岩干燥状态和遇水后的工程性质差异巨大,工程地质分类法低估了软岩有水后的劣化影响,故地下水指标权重可适当增大;(4)洞径的影响可加入评分系统中,以某一标准洞径作为零分项,超出该洞径范围实行加、减分。按照以上思路改进工程地质分类对规范的修订有较高参考价值。

基于Transformer编码器的循环流化床锅炉给煤建模与预测

提出一种基于Transformer编码器和卷积神经网络相融合的数据驱动方法,建立循环流化床锅炉给煤量软测量模型,解决山西某工业锅炉缺少给煤量实时监测问题。以循环流化床锅炉运行历史数作为据模型输入,首先使用Transformer编码器将输入数据映射至高维空间,通过注意力机制提取运行数据的相关特征信息;然后使用卷积神经网络对所提取的高维特征进行低维嵌入表征;最后通过全连接层实现循环流化床锅炉给煤实时预测。在实验部分通过训练数据,不仅比较了Transformer编码器与卷积神经网络融合后及单独使用的特征提取性能,还讨论了模型各项超参数对预测性能的影响。结果显示,本融合方法的决定系数(R2)达0.969 6,表明Transformer编码器与卷积神经网络相融合,可有效预测锅炉给煤量。

振动荷载下红层软基路堤动力响应及刚度敏感性分析

为扩大红层区路基填料的选用范围,以西南某高速铁路路基挖方及隧道弃渣红层软岩作为路基填料,建立有砟轨道-路基系统模型,研究列车振动荷载作用下路基结构的动力响应;结合正交设计试验和GRA分析法确定基床动应力的参数敏感性排序。结果表明:动应力和动位移在路基横向都呈马鞍形不均匀分布,且动应力分布不均匀性更大;道床材料弹性模量的增加能有效降低基床表面的动应力,但动位移几乎不受影响;提高路基本体和地基材料的弹性模量时,动应力虽略有增大,但能抑制动位移的增加,减小塑性变形;下部各结构层应合理匹配刚度,路基本体刚度、地基刚度不应过大,以其弹性模量分别不超过90、80MPa为宜。

单轴压缩条件下软硬互层类岩石的声发射特性与裂纹类型演化

为进一步揭示不同层理倾角的软硬互层岩在单轴压缩下的声发射特性和裂纹扩展规律,采用类岩石材料制备了软硬互层类岩石试样,基于搭载DS-5型声发射监测系统的RMT-150B型岩石力学试验系统,开展了不同层理倾角(0°、30°、45°、60°和90°)的软硬互层类岩石试样的单轴压缩试验,分析了层理倾角对岩样声发射特性、损伤演化和裂纹扩展的影响。结果表明:试样的声发射活动呈现明显的阶段性特征,且不同层理倾角下其分布特征具有明显差异,声发射特征参数表现出明显的层面效应,声发射累计振铃计数和累计能量随着层理倾角的增大先减小后增大;低频-超高幅信号的突然出现或占比增加可作为软硬互层类岩石试样的破坏前兆,低角度(0°、30°)试样表现为大尺度裂纹稳步扩展破坏,中角度(45°、60°)试样为大尺度裂纹突发失稳扩展破坏,高角度(90°)试样为小尺度裂纹突发失稳扩展破坏,60°层理倾角为试样破坏的最不利角度;试样的损伤累积过程同样具有明显的阶段性特征,在峰值应力前,试样的损伤累积主要集中在高速率损伤阶段,中等角度(45°、60°)的层理面加快了试样的损伤累积过程;不同层理倾角对软硬互层类岩石试样的拉剪裂纹演化的影响差异明显,水平层理面促进了拉剪裂纹的产生,层理倾角的逐渐增大促进了类岩石试样拉剪裂纹的发育,在层理面与岩石基体共同作用下,随着层理倾角的逐渐增大,类岩石试样的剪切裂纹占比先增大后减小,且剪切裂纹数目处于较高水平。研究结果对地下工程围岩结构的稳定性评估具有一定的参考作用。

广东红层特性及主要工程地质问题与建议

分析研究了红层的形成、分布和特征,并结合自身完成的具体工程实例和业内代表性研究成果,对涉及红层的边坡崩塌、失稳及桩基础、浅基础设计、施工中遇到的工程问题进行了阐述、总结和分析,并提出相关的应对措施和建议。

红层软岩地区隧洞开挖与初期支护方法研究

鉴于红层软岩地区隧洞相关围岩特性随时面临高地应力围岩挤压变形问题,其施工难度大,开挖支护方案的确定必须考虑到整个施工过程和工程长期运营的安全稳定性。以亭子口灌区一期工程狮子岩隧洞为例,结合红层软岩地区粉砂质泥岩特性对不同围岩级别的隧洞开挖与支护方案进行了研究,结果表明:施工前有效开展超前地质预报、及早判断地质情况,可以有效应对突发不良地质状况。在隧洞开挖过程中,根据超前地质预报,针对破碎围岩可以及时采取超前支护方式、增加超前小导管或小管棚等措施以加强岩体的稳定性,再逐步进行后续的系统支护施工。

浅埋长大输水隧洞下穿省道建设施工技术研究

云南省滇中引水工程楚雄段4标段下穿S218省道,位于省道正下方的最小埋深仅为20m。为最大程度减小隧洞施工对S218省道的影响,保证隧洞施工安全、质量和进度,提出了包括采用超前固结及洞周注浆、超前支护及加强初期支护等措施在内的浅埋长大输水隧洞下穿省道施工建设技术,并结合现场量测结果,分析了该技术的现场实施效果,以及该技术的效益情况。结果表明,该技术能提高滇中红层软岩的承载能力,同时恢复或构成完整的岩体结构,进而形成连续的结构体,有利于后期系统锚杆、锁脚锚杆加固时锚固力的传递,大幅度提高加固质量和效果,有效控制隧洞变形,同时实现较小超挖,大大提高施工效率和质量,节约项目成本。

富含伊利石软弱夹层的宣威群路堑顺层边坡开挖优化分析

宣威群地层包含多层富伊利石软弱夹层,该地层路堑边坡开挖极易诱发顺层滑坡,从而造成重大的经济损失,因此开展含软弱夹层的路堑顺层边坡开挖优化分析对宣威群路堑边坡的减灾防灾具有较重要的意义。选取杨宣高速K54左侧路堑顺层边坡为研究对象,分析了其变形特征和软弱夹层滑带土的矿物成分,开展了在不同法向应力作用下滑带土的慢剪试验和直剪蠕变试验,探讨了软弱夹层对边坡稳定性的影响,并针对单级、二级和三级路堑边坡的概化模型,研究了不同坡高和开挖坡率条件下边坡稳定性的变化规律。结果表明:富含伊利石软弱夹层的存在对边坡稳定性控制作用明显,与不考虑软弱夹层路堑顺层边坡相比,其稳定性系数下降了16%;6 m高单级边坡的优化开挖坡率为1∶1.25,8 m高单级边坡的优化开挖坡率为1∶1.75,10 m高单级边坡的优化开挖坡率为1∶2.5;12 m高二级边坡的优化开挖坡率为1∶1.75,14 m高二级边坡的优化开挖坡率为1∶2.0,16 m高二级边坡的优化开挖坡率为1∶2.25;18 m高三级边坡的优化开挖坡率为1∶2.0,20 m和22 m高三级边坡的优化开挖坡率为1∶2.25,24 m高三级边坡的优化开挖坡率为1∶2.5。

某红层深挖路堑基底上拱离心模型试验研究

本文以成自铁路球溪站深路堑工点为研究对象,开展了外业调查、资料整理和模型选取,通过离心机模型试验分析开挖深路堑前后应力场和位移变化规律,探究路堑坡体开挖后基底不同深度水平应力与竖向应力变化的特征、相对大小关系及变形情况,结果表明:(1)深路堑坡体开挖后,基底埋深一定深度范围内,水平应力调整为大于竖向应力,基底中部上拱变形量最大;(2)水平应力与竖向应力的大小关系是导致深路堑基底产生上拱变形的关键因素。

渗流作用下红层软岩流变力学特性试验与本构模型研究

滇中引水工程隧洞软岩大变形问题是十大世界级技术难题之一.以滇中引水工程柳家村隧道钙质泥岩为研究对象,开展了渗流作用下的三轴流变力学试验,研究了渗流作用影响下钙质泥岩流变变形规律及加速流变特征.结合钙质泥岩在不同渗压作用下的流变特性,引入比奥系数与损伤变量,基于非线性元件模型,建立反映不同渗流压力作用下钙质泥岩损伤流变特性的本构模型,对非线性损伤流变模型进行参数辨识,模型与流变试验结果匹配良好.研究成果对认识和掌握滇中红层软岩渗流流变力学特性具有重要理论意义和实用价值.

红层地区基坑锚杆抗拔承载力及计算参数时变特性

针对锚杆在服役过程中承载力可能下降的问题,对红层地区某基坑工程开展多批次锚杆拉拔试验,得到了红层软岩锚杆的荷载-位移曲线(P-S曲线),揭示了红层软岩基坑锚杆抗拔承载力随时间衰减的特征。首先基于锚固体-岩土界面的三折线本构模型,推导出锚杆端部(锚头)的荷载-位移关系式;然后基于现场试验数据,采用鲸鱼优化算法进行计算参数反演,得到关系式的计算参数值及其随时间的变化特性。结果表明:红层软岩基坑锚杆抗拔承载力随时间衰减,且承载力衰减幅度随着时间的增长并不收敛,荷载-位移关系式的计算参数也随时间变化:服役3年后,锚固界面极限强度降低了46.8%,侧摩阻力传递系数降低了60.6%,极限荷载下锚固体的脱黏段长度降低了16.7%,而极限剪切位移增加了36.9%;与服役近1年相比,锚杆抗拔承载力与计算参数随时间的变化没有稳定趋势,因此对基坑支护结构延长使用年限应谨慎对待。

红层软岩高速铁路路基长期上拱变形机理研究Ⅰ:变形特征

高速铁路无砟轨道对路基变形极其敏感,红层软岩区路基在服役期持续上拱变形已造成多条线路降速运行并返工整治,厘清路基实测变形的时空演化规律是揭示路基长期上拱变形内在机理的基础。以成渝客运专线内江北站上拱病害路基为依托,结合现场调查、地质钻孔和路基长期变形监测手段,系统阐明工程区工程地质及水文地质环境,并分析路基变形在时间尺度和空位维度上的变化特征。研究结果表明:病害路基位于典型川中红层软岩区,构造影响甚微,基底为近水平红层泥岩夹砂岩或砂泥岩互层,地表水和地下水较发育。路基上拱变形随时间缓慢增长,A段路基基底以泥岩为主,路堑开挖深度越大、上拱变形量越大,且上拱变形速率与大气降雨量一致。B段路基基底砂岩层较厚,上拱变形量相对较小,并且变形与大气降雨、路堑开挖深度和基底泥岩层相对厚度无显著相关性,变形随时间呈近似线性增长。路基长期变形是基底红层软岩在赋存水、力条件下膨胀和蠕变的综合效应,不能简单通过路堑开挖深度或基底泥岩相对厚度评价红层软岩路基服役期上拱风险程度。红层软岩路基上拱变形是开挖后地基岩体赋存水、力环境改变诱发的复杂时效性变形过程,研究成果可为后续揭示路基长期上拱变形机理及建立理论模型奠定基础。

生物质循环流化床锅炉床温动态模型研究

为明确生物质循环流化床锅炉床温动态特性,建立更加适合生物质的循环流化床燃烧控制系统;通过分析生物质燃烧过程以及燃烧机理,基于即燃碳燃烧理论,建立床温动态模型,并对炉内温度场进行关联度计算分析。结果表明:计算的床温能够基本稳定在实际床温滤波值附近,且床温变化趋势和实际滤波床温相近,验证了模型的适应性和有效性;生物质循环流化床锅炉炉膛上下部的温度关联性差异与含氧量和炉膛温度有关,左右侧温度差异受烟气流量影响较大,在炉膛上部,物料浓度和受热面布置不均也是影响温度特性的重要原因。

桂西南红层工程地质特性及工程效应研究——以驮英水库及灌区工程为例

红层是桂西南重要并广泛分布的特殊岩体,强度低,遇水易软化,具较强蠕变性,常诱发地质灾害。本文以驮英水库及灌区工程红层为例,详细阐述了驮英工程地质环境,系统分析了主要工程地质问题,剖析地质灾害原因,并对桂西南红层地区主要工程地质问题提出工程建议。

松软煤层顺层定向钻进技术在杨柳矿的应用试验研究

针对松软煤层顺煤层定向瓦斯治理钻孔打不深、打不准、成孔率低的难题,详细分析了现有顺层定向钻进的技术瓶颈,创新尝试使用了底板定向梳状条带消突钻孔,突破了主孔快速开分支、分支孔水力下筛管护孔等技术难题,并选取杨柳煤矿1077中段机巷进行现场试验,在煤层坚固性系数为0.46的松软层中,共完成总进尺8 494 m,实验效果达到设计要求。现场试验表明,底板定向梳状条带消突钻孔有效缓解了采掘接替紧张局面,提高了矿井钻孔施工及瓦斯治理技术水平,为松软煤层定向瓦斯治理钻孔施工提供了新的技术思路。