高应力巷道围岩应力转移技术与工程应用研究

高应力巷道围岩塑性区、破碎区范围大,在其服务期间围岩破坏严重,巷道支护成本很高、造成资源开采极端困难,是巷道围岩控制中的关键问题,也是研究的前沿和重点。对于极难维护的高应力巷道,将巷道围岩应力从浅部转移到深部是控制巷道围岩变形、保持巷道良好维护状态的根本技术途径。针对不同巷道围岩条件和控制要求,通过理论研究、力学计算与工程实践,提出了巷道顶板掘巷松动爆破、巷道底板掘巷松动爆破、上行开采、巷道底板松动爆破再注浆加固和巷道迎头超前开槽(孔)等5项应力转移新技术。实践表明,提出的应力转移技术为高应力巷道治理及其它地下工程支护提供了新技术支撑,具有广阔的推广应用前景。     

深部开采沿空巷道冲击危险性的工程判据研究

为研究深部开采沿空巷道冲击地压的发生条件,以沿空巷道应力场分布为切入点,建立了相应的工程力学模型,分析得到沿空巷道围岩高应力区附近的高应力差区是发生冲击地压的主要区域。以高应力差区的煤体为研究对象,分析得到了沿空巷道冲击地压发生的应力条件、应力梯度条件及煤体的冲击倾向性条件,并推导了冲击危险性的工程判据。结果表明：决定冲击地压危险性的关键因素是高应力差区域的应力峰值、应力差值、应力梯度和煤岩体强度以及冲击倾向性;通过调整沿空巷道实体煤巷帮与高应力峰值位置的间距,合理布置沿空巷道位置,可以有效控制沿空巷道的冲击地压灾害。     

高地应力双隧道施工围岩应力变化规律数值模拟研究

以云县至凤庆高速公路隧道开挖工程为研究对象,采用数值分析和相似模拟相结合的手段,对其处于不同埋深岩层围岩变化规律展开研究。为保证隧道开挖施工安全,分别对隧道拱顶围岩压力、拱腰围岩压力以及上方围岩压力进行监测。基于监测数据分析围岩应力变化规律,明确了隧道开挖对其拱顶上部岩层影响程度和拱腰不同位置岩层应力在应力释放阶段所表现形式。研究表明,拱腰围岩竖向应力在左右隧道开挖整个施工阶段,应力变化曲线主要可分为3种类型,逐渐增大最终趋于稳定型、先增加后快速下降再缓慢增加型和先增加后快速下降至0型;根据拱顶及拱顶上方岩层竖向应力曲线,可将隧道拱顶上方岩层分为3种状态,拱顶上方0~50 m应力释放“高影响区”,拱顶上方50~150 m岩层属于应力释放“次影响区”,拱顶上方150 m以上岩层属于应力释放“缓影响区”。     

竖向排列隧道的地震响应分析

建立了均质竖向排列隧道模型,对模型输入koyna地震波,研究竖向排列隧道的动力力学响应特征。分析结果表明,地震对竖向排列隧道的影响非常明显,最大应力的出现时间与地震波加速度峰值时间一致,且最大主应力增幅不大,不会对隧道造成损害;地震对隧道的破坏主要体现在拉应力方面,地震情况下的拉应力已经超过了围岩的抗拉强度,抗拉设计是抗震设计的重点。这个研究有利于类似工程的抗震设计。     

隧道地应力测量与岩爆预测分析

本文基于解南高速公路某隧道实测地应力数据研究隧址区初始地应力场分布规律,结果表明隧道区初始地应力场以构造应力为主导。根据实测地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果显示该区为中等岩爆等级。     

岩土工程中二个问题的探讨

文章就以下二个问题作了探讨：１理想弹性厚圆筒的应力场解答；２残余应力及其来源。得到的结 （１）理想弹塑性厚壁圆筒的应力场解答有不切实际之处，需进一步研究。（２）加载前与卸载后的边界条件相同时，不会产生残余应力，边界条件的改变是产生余应力原。     

基于空心包体应变计的扰动应力云监测系统构建

扰动应力是导致地下工程岩体破坏失稳的原因,扰动应力监测岩体工程稳定性及地下结构应力状态的及时反馈,为地下结构的安全提供重要保障。目前,扰动应力监测使用电磁辐射技术或微震测试技术易受到电磁干扰影响测量精度;钻孔应力监测技术又受到设备长期供电、数据采集复杂等因素制约。本文基于数字化完全温度补偿型的空心包体监测应变计,优化岩石力学实时扰动应力计算方法,通过研发并构建扰动应力云监测系统,实现了对金川镍矿二矿区1 150m水平有轨联络道实验洞段的线上扰动应力长期监测。近416d的应力监测数据表明,该系统数据传输稳定,系统运行过程稳定可靠,实现了远程云端长期采集和数据传输,提高了扰动应力监测的效率,为后续其他项目中应力测量数据和监测数据的实时入网上传提供接口和平台。研究方法和监测方案对同类型工程具有借鉴意义。     

复杂条件下松软散巷道围岩控制原理与应用技术研究

运用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,研究复杂条件下松软散巷道围岩稳定问题,根据软岩巷道围岩强度低、对应力变化敏感、变形具有明显时间效应等特性,应用矿压显现特征,认为松软散巷道围岩控制的基本技术和控制过程为:应力转移降低巷道浅部围岩应力;采用高强度套棚,结合锚网索支护技术,提高支护强度和围岩自身稳定性;加强巷道两帮、底角支护,避免巷道局部受集中应力作用.该技术已成功应用于工程实践.     

岩体裂纹扩展断裂理论与试验研究进展

岩体裂纹扩展与断裂一直以来是岩石力学与工程领域研究的热点,从理论和试验两个方面梳理了有关岩体裂纹扩展与贯通的研究成果.在理论研究方面,经历了从单裂纹到多裂纹、从单轴应力到三轴应力作用的研究深度与过程,国内外研究学者基于弹性理论、塑性理论、损伤理论等在裂纹岩体扩展、贯通、相互作用等方面取得了长足进步;在试验研究方面,通过单轴、双轴、三轴压缩试验与剪切试验等研究方法,进行了裂纹岩体扩展等方面研究.但理论与试验研究多集中于均质、表面裂纹缺陷岩体研究及理论与试验研究本身存在的缺陷,对复杂因素交互作用下的岩土工程问题分析较为困难.理论研究是岩体裂隙扩展断裂的基础,试验研究是对理论研究结果的检验和佐证,非均质岩体在三轴应力作用下、多因素交互作用下,内部裂纹的扩展、贯通特征与理论研究是今后研究的一个重要发展方向.     

裂隙岩体的爆破理论

介绍了国外裂隙岩体爆破理论研究的最新成果，提出应力波与结构面的相互作用是裂隙岩体破碎的主要因素。     

矿山工程的安全设计与研究

矿山工程安全设计关系到矿山地下岩体稳定性、国家资源有效安全回收的重大问题。为了准确地进行安全设计和计算工程规格,通过岩体内力与应力分析、研究、测试计算所得到工程设计参数不仅可靠、安全实用,而且提出了矿山工程理论研究的新方法。     

截尾分布下矿山工程可靠度的计算方法研究

针对目前对随机变量取值为-∞-＋∞这种不符合岩土工程的实际情况，借助理论分布，提出了两端截尾分布的截尾分布应力——强度干涉模型，并利用该干涉模型建立了岩土工程可靠度的计算公式．在此基础上，研究了应力、强度同时服从截尾正态分布下的岩土工程可靠度，应用该方法对湖南某矿进行了可靠度的计算，得出截尾分布下的可靠度值比一般理论情况下的可靠度值大．     

白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测

根据静兴高速公路白龙山隧道区域应力场特征,建立三维地质模型,采取有限元数值模拟的方法分析研究工程区的初始地应力场分布规律。通过分析隧道轴线方向上的地应力场特征,发现隧道区初始地应力场以构造应力为主导,区内存在较高地应力场,长度约为3150m。最后,根据地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果表明隧道计算段岩爆等级为弱岩爆~中等岩爆。     

天津结构性软土工程特性研究

软土的工程施工特性与工程的安全性密切相关,但是由于软土较强的区域特性,使得在工程应用中必须进行本区域的软土工程性质研究。本文以天津文化中心交通枢纽基坑工程为研究背景,分析了侧向减载应力路径对土体强度和变形特性的影响,结果显示在侧向减载应力路径下,与常规三轴试验相比土体的初始剪切模量明显增大;轴向应变缓慢发展到某一远低于15%的水平时轴向应力不再增加,而应变则持续发展直至破坏。利用扫描电镜对三轴试验前后土样的微观结构进行观测,显示疏松的片架结构和发育的孔隙是其软土具有高压缩性内在结构原因。     

赵各庄矿动压区缺陷卸压控制技术研究

 赵各庄矿属深部开采矿井,动压显现严重,本文对赵各庄矿动压现象进行了统计分析,并根据现场实际情况提出了利用工程缺陷法对工作面和巷道高应力区进行卸压的方法,从而转移煤岩体的应力分布、促进冲击能释放。通过对孔洞型缺陷卸压的数值模拟研究,分析了利用工程缺陷进行巷道卸压的可行性,并在2337E工作面的现场实践中取得了良好的卸压效果,实现了煤矿的安全开采。     

裂纹尖端等应变线的调制与分析

调制了裂纹尖端的等应变条纹云纹图象，直观地描述了裂纹尖端的应变场，为裂纹尖端的应力应变分析和裂纹扩张问题的研究提供了参考。     

深部硐室群破坏机理及其稳定性控制

煤矿开采进入深部以后,地质力学环境远比浅部复杂,由此引起的非线性力学现象日益严重,给深部硐室群工程稳定性控制带来很大难度.通过现场调查、室内试验和数值模拟等手段分析深部硐室群破坏机理,得出高地应力、膨胀型粘土矿物、工程偏应力集中及开挖顺序不合理是深部硐室群变形破坏的主要原因.并利用集约化设计优化硐室结构,消除硐室空间效应,降低工程偏应力对稳定性的影响.通过数值模拟得到最优施工顺序,选择最优应力路径,降低硐室开挖彼此间的扰动影响.针对高地应力和高膨胀力,采用锚网索加立体桁架耦合支护技术控制围岩稳定性.该研究可为煤矿深部硐室群工程稳定控制提供借鉴.     

自应力混凝土在桩基础工程中的应用

介绍了自应力混凝土作用原理，并对自应力混凝土在桩基础工程中的应用前景提出具有指导意义的建议。     

含雁形钻孔砂岩力学特性数值模拟研究

钻孔卸压法是采矿等地下开挖工程中常用的释放岩石材料中高应力的安全控制方法.为了更好地了解岩石材料的破坏行为,采用 ABAQUS软件,对含雁形钻孔的砂岩进行单轴压缩试验数值模拟,基于砂岩应力 应变曲线的计算结果,分析钻孔参数(钻孔排角、钻孔排数和钻孔直径)几何分布对砂岩抗压强度的影响规律.结果表明,与完整砂岩相比,含雁形钻孔的砂岩峰值应力明显降低,且降低幅度与钻孔参数分布形式密切相关;随着钻孔排角的增大,破坏趋势由轴向劈裂破坏逐渐转变为沿钻孔排列方向上的滑动剪切破坏再转为轴向劈裂破坏,峰值应力先减小后增大,在６０°时有最小值;随着钻孔排数或钻孔直径的增加,破坏趋势由轴向劈裂破坏逐渐转变为沿钻孔排列方向上的滑动剪切破坏,峰值应力呈减小趋势.研究结果有助于加深对钻孔卸压法的认识,为地下工程安全开挖提供指导.     

基于矿山工程地质特点的岩爆防治措施研究

以宜昌某磷矿工程的岩性和地质环境为基础,结合现场的岩爆特性和室内试验,分析引起该矿山开采时产生岩爆的主要原因,并提出岩爆防治措施。研究结果表明:(1)矿山在水平构造应力环境下,顶板含有硅质白云岩的岩体具有较强的岩爆倾向性;(2)由于开拓巷道的几何尺寸比采区的几何尺寸要小很多,采区的围岩应力受开采引发的多因素影响,致使采区的岩爆率与岩爆烈度相对比其在开拓巷道的大;(3)针对矿区特殊的初始应力与地质构造环境,可通过降低开采引起的围岩应力集中程度和加强矿山安全管理措施对矿山岩爆进行防护。