岩土工程磁力模型实验土体相似材料的研制

岩土工程磁力模型利用电磁力场来模拟重力场进行岩土工程问题的研究,模型中模型尺寸缩小n倍,重力加速度增加n倍,材料的容重、粘聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比等力学参数均可采用原型参数。基于正交实验设计方法研制了一种可用于磁力模型的磁敏性土体相似材料,材料选用石英砂为骨料,膨润土和双飞粉为胶结料,铁氧体为掺料。实验表明,新材料的容重为19～25kN/m2;粘聚力为0～54kPa,内摩擦角7～31°,可在地质力学与岩土工程磁力模型实验中模拟范围较广的土体材料。对相似材料进行力学实验,研究了磁粉含量与材料力学指标的变化关系。

灰色系统理论在岩土工程爆破中的应用

针对岩土工程爆破中存在的问题 ,运用灰色系统基本理论 ,建立了多目标灰局势决策的数学模型 ,用以指导爆破参数的优化选择 。

深部煤巷底臌控制机制及应用研究

以徐州矿区发生非线性大变形破坏现象的深部煤巷围岩结构体为研究对象,从围岩3个部位相互作用的角度提出有效控制底臌的新方法。通过对围岩物理力学性能的测试、理论分析、数值模拟、现场试验的研究,得出采用锚网索耦合支护技术控制底臌的力学作用机制:利用关键部位施加锚索,减小顶板松动岩体通过两帮传递到底板上的压力,有效减小底臌量;利用锚网注浆增加两帮岩体强度及减小收缩量,限制两帮对底板两侧形成的固定约束向深处转移,以减小发生底臌的底板宽度;对底角施加刚性锚杆及注浆,分解来自两帮的挤压应力,提高底角抵抗剪切滑移破坏的强度,控制底臌。在该原理下提出控制设计,运用到夹河煤矿-850m水平煤巷,监测结果表明:基于技术原理下的支护设计可以有效控制深部煤巷大变形和底臌的发生。

深部软岩巷道立体交叉硐室群稳定性分析

为了确定巷道开挖顺序对硐室群稳定性的影响,运用三维有限差分数值计算软件FLAC3D,结合鹤岗矿务局兴安矿四水平泵房吸水井硐室群工程实例,分析了深部软岩巷道立体交叉硐室群围岩由于开挖顺序的不同而产生不同的位移变形与应力状态的力学响应及变形特性.结果表明:深部软岩巷道立体交叉硐室群的开挖过程是和应力路径与应力历史密切相关的非线性不可逆过程,开挖顺序不同,巷道围岩的位移及应力分布情况有明显的差别.先施工断面小的支巷,再施工断面大的主巷对硐室群稳定性影响最小.

兴安矿深部软岩巷道大面积高冒落支护设计研究

普通小面积冒落支护技术已经被掌握,但是大面积高冒落很难被控制。兴安矿四水平重车线巷道破坏严重,发生大面积高冒落,冒落区长度为150 m,最大冒高为8.6 m,被称为“一线天”。通过对兴安矿四水平重车线高冒区支护现状进行现场调查和分析研究,发现其破坏原因主要有:(1)围岩强度低且层理发育;(2)原支护形式不合理;(3)水理作用;(4)巷道埋深大;(5)构造应力影响大。根据现场工程地质条件、岩石特性和破坏特点,通过室内试验,确定其软岩变形力学机制为高应力膨胀性软岩,并提出采用“双曲拱”柔层桁架支护技术进行支护,使巷道在空间上形成上下双硐室。工程应用效果表明,“双曲拱”柔层桁架支护技术是一种有效控制深部软岩巷道大面积高冒落的支护形式。

深部回采巷道锚网索耦合支护时空作用规律研究

针对深部巷道围岩在开挖与支护时所表现出的非线性力学过程特性,对锚网索耦合支护时空规律进行数值模拟与工程应用研究。研究结果表明,在巷道实施锚网耦合支护后,在围岩剧烈变形阶段结束或临近结束的时间施加锚索关键部位耦合支护,是实现锚索与锚网和围岩之间时空耦合的最佳二次支护时间,其主要特征是通过锚索调动深部围岩强度实现巷道围岩高应力向低应力的转化;同时,实施锚网索耦合支护的深部回采巷道能够满足巷道掘进与工作面回采期间的稳定性控制要求。

复杂地貌多煤层采空区的稳定性评价

针对复杂地形地质条件的多煤层采空区,将概率积分法与数值模拟相结合,对研究区地表移动变形进行了定量计算和分析.根据拟合的时间影响参数预测计算了海拔900 m水平的采空区残余地表移动变形值.应用趋势面分析结合计算机编程,基于FLAC3D建立了多层状、宽缓褶皱的地质体三维模型.地质体的力学参数首先参照岩石力学试验和工程经验给出,通过数值模拟试算使之与概率积分初步计算结果相吻合,从而修正并最终确定.最后运用数值模拟得到研究区的垂向位移、隧道径向和切向应力等.将概率积分法与数值模拟相结合评价采空区的稳定性,综合了地质、采矿等多方面的影响因素.

深部软岩巷道锚网索-桁架耦合支护技术及其工程应用

深部软岩工程复杂工程地质条件使原有的浅部工程的支护技术和方法不能满足实际工程需要。提出采用锚网索-桁架耦合技术进行深部软岩巷道支护。利用理论分析和数值模拟等手段分析锚网索-桁架耦合支护的技术原理和力学机制,分析该技术的关键和特点。将研究成果应用于我国最深的第三系软岩巷道支护工程实践,通过现场监测验证了支护方案的合理性。

Rosenblueth方法在软破围岩锚喷支护系统评价中的应用

软破岩的特点是成分复杂 ,裂隙发育 ,含有膨胀性矿物。在软破岩中的巷道围岩的地压是变形压力 ,它首先表现为侧壁岩体鼓胀成楔形被挤出。这种现象与Rabcewicz提出的软岩剪切滑移理论基本吻合。对这类围岩最为有效的支护形式是锚喷支护 ,由于软破岩的特点和复杂性 ,其本身和锚喷支护结构的力学参数和失效机理存在不确定性。对这类地下结构的稳定性分析时最为合适的是采用能考虑不确定性的可靠度方法。在建立可靠度方程时 ,按照该类岩体的地压特点 ,将承载结构分成两个子结构 ,根据子结构变形特点和受力条件建立结构总体极限状态方程。由于总体极限状态方程是在圆形巷道的基础上建立的 ,因此在文中还给出了一般形状巷道转化为等代圆形巷道时其半径的四种计算方法。最后给出了一个工程算例。

罗山矿区滑坡灾害发生机制与监测预警技术研究

随着矿山开采规模的日益扩大,罗山矿区已经形成滑坡体Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ(体积约405.2×105 m3),严重制约着下方金、钼等多金属矿产资源的可持续安全开采。为能够对罗山矿区滑坡灾害进行超前预报,正确指导井下矿产资源的合理开采,首先,运用工程地质学、采矿学等理论分析罗山矿区滑坡体的形成机制,认为滑坡体松散-脆弱的地质结构和不合理采矿顺序是滑坡产生的主要原因,再加上降雨的催化作用加速滑坡的发生。其次,提出利用采矿治理滑坡的新思路,及时调整采矿顺序,从坡顶向坡脚开采,促使边坡向稳定方向发展。最后,以下滑力大于抗滑力是滑坡产生的充要条件作为滑坡体滑动的主要判据,应用滑坡远程监测预警系统在罗山矿区滑坡体上构建系统的滑坡体远程监测网。通过近10个月的现场试验,发现采用新的开采方案后,滑坡体朝着有利于边坡稳定的方向发展,从而证明采矿治理滑坡的科学性和可行性。

滑坡灾害远程监控系统的改进及应用效果分析

滑坡灾害远程监控系统在监测成本及作用效果方面具备独特的优势,系统在全国范围内成功预报了3次滑坡。结合系统的原理和构造,以及前期应用反馈,提出了系统在通信技术、数据采集传输技术与滑坡灾害预警模式3个方面存在缺陷和弊端;通过利用北斗卫星通信系统替换全球移动通讯系统(GSM)网络通信系统、借助ZigBee通信方式和无线传感网络技术开发应用面状数据采集传输技术、建立标准化的滑坡灾害预报方法及预警模式等手段,对系统进行改进完善,最终升级为SPRM-III型系统;系统改进完成后即开始工程实际应用,应用效果显示,系统克服了原有的问题和不足,运行稳定,效果甚佳,达到了预期目标。

几种时频分析方法对比及在煤田地震勘探中的应用

由于不同时频分析方法有其特有时频特性,为提高煤田地震资料处理精细程度,对比研究选择最佳方法十分重要。针对短时傅氏变换、小波变换、S变换,Wigner-Ville分布及其改进分布和Choi-Williams分布等几种经典时频分析方法,进行数值模拟研究,分别从时间分辨率、频率分辨率及干扰项影响程度等详细分析了各种方法的优缺点。最后选用SPWVD进行初至拾取和S变换分频显示解释陷落柱,取得了良好的效果。

老采空区地基变形对地面建筑影响的数值分析

为了分析和评价老采空区地基的残余变形及其对地面建筑物的影响,采用数值模拟的方法研究了老采空区地基的稳定性.针对岩石和土层的组合地基,利用主采煤层底板等高线图和钻探资料,应用趋势面分析的方法,基于FLAC3D建立了三维多层状地质体模型,结合概率积分法计算成果,反演拟合了地质体的力学参数,模拟计算了在地面建筑荷载作用下采空区地基的沉降变形及垂向应力分布.通过注浆治理前后和建筑物建成前后老采空区地基变形差异的对比分析,确定了老采空区地基的稳定性和地面建筑的安全性,同时也提出了一种基于FLAC3D的采空区地基稳定性计算分析的方法和程序.认为三维数值模拟能较好地解决采空区地基变形计算和稳定性分析的问题.

布达拉宫地基岩体稳定性研究

野外地质调查表明,布达拉宫地基岩体岩性为灰黑色角岩化钙质板岩,表层岩体多呈弱风化,局部为强风化;岩体较坚硬完整,基本质量等级分类为Ⅱ～Ⅲ级;岩体的层面、坡面、结构面与临空面的组合关系有利于岩体的稳定性;没有发现岩体产生滑移的现象和证据。X光衍射试验分析表明,布达拉宫基岩中绝大多数为弱膨胀岩,其膨胀性对建筑物地垄墙体不会有太大影响。综合分析表明,布达拉宫地基岩体是稳定的。应该完善布达拉宫的给排水系统,减少地下水对地基岩体稳定性的不利影响。

具有GIS功能的地热管理信息系统的研制

该信息系统是为天津市地热资源数据管理而开发的 .在实现普通 MIS系统功能的基础上 ,增加了 GIS功能 ,可以实现对电子地图的操作、管理及图数结合等 .该系统是基于 Windows平台、采用 C/S结构、使用面向对象技术和组件式技术开发的应用系统 .详细介绍了系统结构、系统功能、模块划分和实现方法 .探索并实践了一种内嵌

BP神经网络在深基坑工程支护方案优选的应用

深基坑变形属于非线性大变形问题 ,与施工工序、加载和卸载路径有着密切关系。本文利用人工神经网络的非线性映射功能 ,建立深基坑支护方案与多种影响因素之间的关系 ,解决深基坑十分复杂的非线性大变形问题。通过对大量样本的学习 ,形成了优选深基坑支护方案的网络模型。经成功和失败样本的检验 ,结果证明该模型是可行的 。

石灰岩中爆炸成坑和地冲击传播规律的试验研究

简介了本课题研究的国内外现状,介绍了试验背景和试验方案,给出了石灰岩中爆炸成坑结果以及应力和加速度的实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了石灰岩中爆炸成坑经验公式以及地冲击传播规律,结果给出现场石灰岩中应力波的传播速度大约为3500m/s。

深部大断面交岔点破坏形式与控制对策

深部大断面交岔点结构复杂、施工扰动次数多,支护难度一般比较大,尤其在牛鼻子部位往往形成尖角,应力集中程度高.通过现场调查交岔点的破坏形式,总结了交岔点不同于普通岩巷的三种破坏形式,分析了各自的破坏机理,并对其支护对策进行初步探讨,认为对牛鼻子截面应限制其最小厚度、对交岔点的大断面区域应限制其最大断面尺寸,并且牛鼻子局部的支护不同于一般软岩巷道,应采用"强支硬顶"的支护思想.试验方案应用于工程实例,取得良好的支护效果.

西部矿区突水溃沙类型及机理研究

突水溃沙灾害是西部浅埋煤层开采常见问题之一,对矿井安全生产和当地脆弱的生态环境都有着极其不利的影响。在分析西部矿区突水溃沙主要类型的基础上,通过自主研制多孔介质水沙两相渗流试验系统,从多孔介质孔隙度、破碎岩石粒径、沙粒粒径3个方面对突水溃沙的机理进行了研究。结果表明:西部矿区突水溃沙主要类型可以分为切落裂缝型、冒落型、钻孔诱发型3类;孔隙度对发生突水溃沙灾害的影响与破碎岩石粒径有着密切关系,随着破碎岩石粒径增大,孔隙度改变对压力梯度和沙粒流失量的影响程度将降低。沙粒流失量随孔隙度的降低而减少,低孔隙度含水层发生溃沙的可能性将大大降低;同一孔隙度和沙粒粒径条件下,含水层砾石颗粒越小,发生突水溃沙灾害所需的压力梯度就越大,沙粒流失量也越小,越不容易发生突水溃沙灾害;同一孔隙度条件下,0.074~0.25 mm的细砂较之0.25~0.83 mm的中砂或者粗沙更易发生突水溃沙灾害,其所需的启动压力也较小,随着破碎岩石粒径增大,其沙粒流失量呈非线性显著增加。

浅埋近距离煤层煤柱下开采异常矿压机理

针对补连塔煤矿22307工作面过边界煤柱阶段发生的强动压灾害问题,采用现场实测、理论分析等手段,研究了浅埋近距离煤层大采高工作面边界煤柱下开采异常矿压显现发生机理。结果表明:浅埋近距离厚煤层开采时,下煤层工作面推进至进煤柱阶段发生强动压灾害,支架活柱下缩量达到1 000 mm;下煤层工作面推进过程中,两层煤之间的关键层结构也不断的变化,重复采动阶段,两层煤之间存在一组亚关键层结构,进煤柱阶段,两层煤之间存在一组主关键层结构;进煤柱阶段,煤柱上方关键块的铰接结构发生反向回转运动,导致主关键层关键块上覆载荷增加,发生滑落失稳,引发强动压灾害,同时造成地表出现大的台阶下沉现象。