深部土-结构接触面与界面层力学特性的直接剪切试验

介绍了研究深部土与结构接触面及界面层力学特性的试验系统及研究方法,重点阐述了模拟不同粗糙面的"旋转结构面法"及研究界面层中力学特性的"下移结构面法".通过该设备及方法,研究了在不同法向应力、不同结构面粗糙度等条件下,土-结构接触面以及周围不同位置处(界面层内)土体的剪切力学特性.大量试验结果表明,该设备及方法能够较好地再现和研究土与结构物接触面与界面层内土体的主要力学特性及其与相关因素之间的关系.     

土-结构接触面剪切试验与应力-位移模型

为研究土-结构接触面的力学特性,进行了4个不同含水率的土-结构接触面改进直剪试验,并结合数学特征对接触面的应力-位移模型进行研究。试验结果表明：① 土-岩石接触面、土体内部的抗剪强度均随含水率的增大而减小,而土-砖接触面的抗剪强度随含水率增大基本上先增大后减小;② 土-岩石接触面的抗剪强度总小于土体内部抗剪强度;③ 土-砖接触面的抗剪强度与土体内部抗剪强度的大小关系随含水率增大而变化。提出了一个新的接触面应力-位移复合指数模型,新模型对硬化型和软化型曲线都适用,克服了传统模型的缺陷。对比分析表明,新模型拟合结果与实测数据吻合良好。     

土体结构面对岩土工程问题的影响探讨

土体中也存在结构面 ,它对很多的岩土工程问题有影响 ,主要有 :土体结构面对土体变形破坏的控制作用、土体结构面对土体力学性质的影响、土体力学参数选取应首先考虑结构面的贡献、土体结构面是水和污染物运移的通道、土坡稳定性分析中应考虑土体结构面的存在、土体中第四纪断层面对工程的影响、土与结构物接触面课题、土体中结构面与环境岩土工程问题、土体结构面与岩土工程措施等。     

桩土接触面单元参数分析

桩的抗拔特性与接触面的特性密切相关 ,正确选定接触面的力学参数对于分析桩的抗拔机理有重要意义。根据桩土接触面点面接触模型和库仑摩擦变形原理 ,在 1 0组土 -结构 (钢、混凝土 )剪切摩擦试验分析的基础上 ,对桩土接触面摩擦参数的取值问题进行了研究 ,得到了一些结论 ,对于桩土接触面力学参数正确取值有一定的参考价值。     

黄土地区土与混凝土接触界面大型直剪试验研究

通过改进的大型直剪仪进行粘土自身、粘土与混凝土4个含水率3个密度共64个试样的剪切试验.研究黄土地区土与混凝土接触界面抗剪强度随土体含水率以及土体密度变化规律,得到了不同密度土体在不同含水率不同正应力下土与混凝土接触界面的剪切应力应变曲线.由曲线可知土与混凝土接触界面的抗剪强度随土体含水率的增大均呈下降趋势、随土体密度增大呈增大趋势,表明土与混凝土接触界面的抗剪强度、摩擦角、粘聚力等力学参数与土体含水率以及土体密度密切相关.     

土工格栅与土界面的拉拔试验分析

通过经编土工格栅、单向土工格栅与粗砂、圆砾、残积土在不同法向压力下的拉拔试验,研究土工格栅与土界面特性。结果表明,单向格栅界面的拉拔系数和摩擦系数均小于经编土工格栅界面,界面摩擦系数随着土体颗粒粒径的增大而增大。同时结合有限元分析的方法,将数值结果与试验结果进行比较,进一步研究了法向压力、加筋长度、土体模量、格栅轴向刚度、界面折减因子等参数对界面特性的影响。最后研究了不同拉力作用下的界面剪应力和轴力分布规律。     

深部开采复合顶板离层稳定性判别

为研究深部开采复合顶板力学机理,分析离层稳定性判别标准及依据,采用数值模拟方法分析了不同条件复合顶板结构面剪应力、法向拉应力和离层分布特点.结果表明:法向拉应力是结构面中部离层的主要原因,可用法向拉应力作用范围作为结构面离层范围,并作为离层稳定性判别标准,结构面离层范围及其离层值分布具有相关性,结构面离层范围扩展使结构面不同位置离层值分布趋于均匀,但对结构面最大离层值影响并不显著,以离层值作为离层稳定性判据时,应采用允许离层范围两端离层实测值与临界值进行比较来判别.     

基于趋势面分析的大冶铁矿控矿构造及深部矿体定位研究

以趋势面法为主要研究方法,对大冶铁矿控矿构造及深部矿体定位规律进行了研究。结果表明：①岩体与大理岩的接触带是控制工业矿体产出的最主要因素,尤其是接触面上向岩体一侧凹进的“凹兜”直接控制了矿体产出;②接触带附近的其他构造,如2组追踪张裂面、“X”共轭裂隙、2组断裂的复合叠加、翻卷背斜转折虚脱部位等,对矿体的产出也有重要的控制作用;③矿区尖林山12-21勘探线深部为找矿最有利位置,以此为依据,在尖林山深部新发现铁矿体1 500万t。     

矿井杂散电流“面-体”扩散机理试验研究

构建矿井杂散电流传播扩散的中试装置, 建立矿井杂散电流“面-体”扩散模型, 开发杂散电流“面-体”检测传感器, 对杂散电流的“面-体”扩散机理进行研究, 从而找出杂散电流的传播途径及衰减规律, 为开发矿井杂散电流“面-体”检测仪器和对矿井杂散电流的防治提供依据。     

采用预制结构面试件模拟含天然结构面辉绿岩的实验*

含天然结构面岩体不易加工形成各个角度岩石实验试件，为研究预制结构面试件实验能否代替含天然结构面试件实验效果，基于声发射监测的预制结构面单轴压缩实验与含天然结构面试件实验结果比较。研究结果表明：①通过应力—应变分析，含预制结构面试件与含天然结构面试件力学特性基本一致，含结构面试件强度大小依次为纵向结构面试件、横向结构面试件、斜向结构面试件、斜三角结构面试件；②通过破坏模式分析，含预制结构面试件与含天然结构面试件破坏模式大致相同，两者相同角度的试件破坏形态大致相同；③含预制结构面实验试件与含天然结构面实验试件声发射信号基本相近；声发射撞击率和能量累积变化趋势基本一致；④通过含预制结构面与含天然结构面试件比较，两者力学特性、破坏模式和声发射信号变化趋势基本一致，能够通过预制结构面模拟天然结构面各向异性。关键词预制结构面天然结构面力学特性声发射DOI：10.3969/j.issn.1674 6082.2020.12.021     

对浅埋煤层“短砌体梁”、“台阶岩梁” 结构与砌体梁理论的商榷

基于砌体梁结构岩块平衡的几何条件,讨论了《矿山压力与岩层控制》教材中浅埋煤层开采岩层控制部分“短砌体梁”结构和“台阶岩梁”结构的概念. 认为浅埋煤层顶板因为不满足砌体梁结构断裂岩块长度起码大于层厚2倍的平衡先决条件,因而不能形成砌体梁结构, 而“短砌体梁”是“断裂岩块厚度与长度之比接近1”的砌体梁结构,故“短砌体梁”概念与砌体梁理论相矛盾;“台阶岩梁”的概念建立在不正确的假设之上,不恰当地应用了砌体梁理论的结论,将已失稳垮落的Ｎ岩块仍按砌体梁理论的“铰接”条件分析,因而 “台阶岩梁”结构是不存在的.实际上只要视M岩块即“控制岩块”为岩梁建立模型即可.     

大型堆积体原位直剪试验研究及三维稳定性分析

通过对一大型堆积体边坡进行原位直剪试验,发现剪切过程中部分位于剪切面上的超粒径颗粒被剪断或棱角处发生破碎,造成剪切位移有“跳跃”和剪切力突变现象;由于含石量的不同,堆积体内部剪切面起伏差大于基-覆界面剪切面起伏差;在堆积体内部直剪试验曲线中,剪应力达到最大值后进入塑性屈服阶段,基-覆界面处直剪试验曲线在达到峰值之后有一定的应力降,表现出一定的应变软化特性;基-覆界面的抗剪强度明显低于堆积体内部的抗剪强度。在对堆积体抗剪强度参数研究的基础上,考虑堆积体边坡的三维空间效应,采用有限差分强度折减法对其在自然状态、正常蓄水位、正常蓄水位+地震等工况下进行了三维稳定性分析评价,并得到了不同工况下堆积体边坡潜在三维滑体的空间轮廓。     

新一代海底履带式集矿车“鲲龙500”行走性能分析

基于地面车辆力学理论, 开展了模拟履带板与底质压陷和拖曳特性的试验研究, 建立了深海特殊底质地面力学模型, 进行了新一代履带式集矿车“鲲龙500”的直线行走性能多体动力学仿真, 并利用“鲲龙500”实验室试验验证其正确性, 在此基础上对“鲲龙500”的行走性能进行了分析。结果表明, 集矿车两侧履带的速度差越大, 其转弯半径越小; 相比于陆地重黏土, 集矿机在深海土壤上转弯半径小, 转动角速度大。     

沿空巷旁支护适应性原理与支护方法

沿空留巷作为无煤柱开采技术的重要组成,在薄及中厚煤层等条件下已经试验成功,但对于厚层坚硬顶板来压剧烈状况,沿空留巷效果差。本文在分析坚硬顶板岩梁剧烈运动特征的基础上,提出了沿空巷旁支护适应性原理,包括载荷适应性和变形适应性两方面;构建了“柔-强”组合巷旁支护力学结构模型,即采用柔性材料缓冲坚硬顶板先期剧烈沉降、高强材料承担顶板后期作用,发明了定量确定巷旁“柔-强”巷旁支护体分层厚度的方法;初步探讨了采空区矸石压缩与巷旁支护的流变协同力学特征,推导了采空区矸石压实稳定时间计算公式,分析了巷旁支护强层材料流变性能要求。现场试验表明,采用该方法实现了坚硬顶板条件下的沿空留巷,推动了无煤柱绿色开采技术进步。     

鄂东黄冈地区堆积层滑坡及接触面物理力学特性研究

鄂东黄冈地区的主要地质灾害为堆积层滑坡,其成因复杂,物质组成极不均匀,且存在土—岩接触面与不同成因类型堆积土体之间的土—土接触面,在暴雨等条件下,极易沿这些地质界面发生失稳.在勘察资料汇总分析的基础上,选取三处典型的堆积层滑坡,分析堆积层滑坡与各种接触面的成因关系;然后对探槽取出的三处滑坡堆积体试样进行物理性质测试,研...     

三维采动应力条件下覆岩裂隙演化规律试验研究

利用自行研制的“多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统”,根据中国平煤神马集团十矿己15煤层24080工作面的地质资料,在三向不等应力条件下进行了三维模拟开采试验。通过应力监测、色素示踪、照相素描等手段,统计了各水平、垂直切面的裂隙形态、数量与分布特征,并建立了采空区覆岩裂隙网络数值模型。研究结果表明：三维应力条件下,采空区覆岩裂隙在空间上呈“类梯形台”形态,在低位岩层中呈“圆角矩形”形态,在中高位岩层则呈“O型”形态。按瓦斯运移难易程度可将覆岩裂隙分为以“纵向贯通裂隙”为主的直接流动通道和以“层内破断裂隙-层间离层裂隙-层内破断裂隙”方式延伸的间接流动通道。     

高压冻融土-结构接触面直残剪试验系统及其初步应用

冻结法凿井施工后冻结壁解冻会导致地层融沉,与之相关的冻融土与井壁结构相互作用问题是深立井井壁受力与安全评价需要考虑的关键因素之一。然而,目前针对高压冻融土-结构接触面力学性状研究尚缺乏专用的试验仪器。本文即在DRS-1高压直残剪试验系统的基础上,设计制作了可控温土样剪切盒,实现了高压条件下土样冻结与融化过程中压力和温度的精准控制,成功研制了适用冻融土-结构接触面的高压直残剪试验系统,并进行了初步的直剪试验。试验结果表明,所研制的试验系统可靠,试验过程控制及结果数据准确;试验得到法向压力和解冻程度是冻融土-结构接触面剪切峰值强度的2个主要影响因素,剪切峰值强度随法向压力的增大显著增加,而随着解冻程度的加深逐渐降低。在试验条件下,土样仅经过一次冻融其对接触面剪切强度存在影响,但并不明显。     

软岩巷道围岩蠕变滞流效应分析

根据现场围岩变形实测数据,发现软岩巷道围岩蠕变能力随软岩层厚度减少而逐渐减弱的特点,提出了软岩巷道围岩蠕变“滞流效应”的观点。基于软硬岩层间摩擦阻力及围岩质点位移约束应力的作用,分析了“滞流效应”发生的力学机理。利用动态仿真技术得到了围岩发生“完全滞流”所对应的临界条件,给出了临界厚度的确定方法。在上述研究的基础上,较为深入地剖析了“让压”的本质原理,指出了“让压”原理的适用性,补充与完善了 “二次支护”的内在含义。最后借助于现场工业性试验论证了“滞流效应”的研究对巷道支护方案设计的重要性。     

尾矿土工织物编织袋层间界面摩擦强度特性研究

尾矿干式堆存技术近年来逐渐被推广应用,与传统的尾矿库堆存技术相比,尾矿干式堆存能够降低尾矿含水量,增强尾矿的力学性能,提高尾矿库的整体稳定性。在利用土工织物大型编织袋充灌尾矿干堆新技术中,土工织物编制袋层间界面的摩擦强度是影响和决定整个尾矿干堆场稳定性的主要指标。根据制作加工简易的大型土工“似直剪仪”,进行不同含水率和法向压力下的尾矿土工织物编织袋摩擦抗剪强度试验,得出尾矿土工织物编织袋层间界面摩擦系数和抗剪强度关系曲线,同时用一阶线性拟合的摩擦抗剪强度方程较符合摩尔-库伦强度准则。该抗剪强度方程能够反映土工织物层间界面摩擦的物理力学参数及变形特征,为尾矿土工织物编织袋干式堆存筑坝的稳定性计算提供依据。     

上位直接顶“散体拱”结构的形成及失稳演化

通过相似模拟实验和理论分析,研究了综放条件下上位直接顶“散体拱”结构的形成机理和移动演化过程.认为在综放条件下,以散体状态出现的直接顶岩块在渐进流动过程中的某一时刻,由流动孔口周边作用的垂直剪切力与上方垮落岩体重力之间形成的应力平衡是上位直接顶“散体拱”结构形成的力学条件;工作面的不断推进及“散体拱”结构的不对称性而导致的承载能力不均,造成后拱脚和前拱脚先后失稳是“散体拱”结构不断失稳、重组和前移的原因.