崩落法上覆厚大岩层崩落及破裂特性综合研究EI北大核心CSCD

大红山铁矿采用无底柱分段崩落法开采,形成了规模巨大的采动区域,上覆岩层厚度达627～750 m。为了掌握上覆岩层中崩落、开裂与高应力集中区的范围及发展趋势,防止突发性的大规模动力地压灾害的发生,矿山采取多通道微震监测技术、巷道观测和钻孔探测相结合的方法,对上覆岩层进行全面监测和研究。通过多通道微震监测技术对上覆岩体中高应力集中区破裂源进行高精度定位,确定高应力集中区及其变化过程,并据此推断开裂带的外边界;同时基于双力偶点源理论,分析得到震源破裂类型为以体积增加的张拉型为主、压剪切破坏与混合破坏为辅。在专门的巷道中,通过人工直接观察,确定崩落边界、开裂带的内、外边界;地表深钻孔探测作为辅助性手段,用来确定（验证）开裂带的外边界。将这3种技术手段结合起来对2011～2013年间上覆岩层不同时期的崩落带、开裂带与高应力集中区进行综合监测,得到不同时期高应力区、开裂带和崩落带的发展过程。研究表明,上覆岩层中崩落与开裂发展过程是一个缓慢渐进的过程,不会产生大规模的突变型崩塌冲击地压灾害。本文研究成果对矿山的安全生产具有重要的指导作用。     

崩落法上覆厚大岩层崩落及破裂特性综合研究

大红山铁矿采用无底柱分段崩落法开采,形成了规模巨大的采动区域,上覆岩层厚度达627~750 m。为了掌握上覆岩层中崩落、开裂与高应力集中区的范围及发展趋势,防止突发性的大规模动力地压灾害的发生,矿山采取多通道微震监测技术、巷道观测和钻孔探测相结合的方法,对上覆岩层进行全面监测和研究。通过多通道微震监测技术对上覆岩体中高应力集中区破裂源进行高精度定位,确定高应力集中区及其变化过程,并据此推断开裂带的外边界;同时基于双力偶点源理论,分析得到震源破裂类型为以体积增加的张拉型为主、压剪切破坏与混合破坏为辅。在专门的巷道中,通过人工直接观察,确定崩落边界、开裂带的内、外边界;地表深钻孔探测作为辅助性手段,用来确定(验证)开裂带的外边界。将这3种技术手段结合起来对2011~2013年间上覆岩层不同时期的崩落带、开裂带与高应力集中区进行综合监测,得到不同时期高应力区、开裂带和崩落带的发展过程。研究表明,上覆岩层中崩落与开裂发展过程是一个缓慢渐进的过程,不会产生大规模的突变型崩塌冲击地压灾害。本文研究成果对矿山的安全生产具有重要的指导作用。     

采煤面覆岩变形与破坏立体电法动态测试

 采用立体直流电法,通过在井下巷道中煤层顶底板位置施工若干钻孔,在孔中埋置一定数量电极,形成孔间探测剖面,并根据采动进度测取不同时期岩层电场变化特征,进一步反演其三维立体电阻率值,可对上覆岩层受采动超前影响至后期变化规律进行全面的分析研究,为煤矿安全生产提供直观有效的技术参数。淮南某矿采面覆岩破坏顶底板跨孔立体电法测试应用中,共获得28组连续观测数据,对采动应力超前及顶板岩层变形与破坏裂隙发育特征给出动态分析,所获得的冒落带和裂隙带高度值与“三下”开采规程计算值相吻合。应用结果表明,与传统地面钻孔法及井下其他物探方法相比,该项自主创新技术具有测试成本低廉、结果判定准确、动态效应强等特点,其推广应用价值显著。     

煤矿采场上覆围岩变形特征分析

以四川攀枝花茶叶树煤矿的地质条件为依托，针对茶叶树煤矿35号煤层采场上覆岩层的活动规律进行了研究，通过理论计算和现场检测，分析了煤层开采后上覆岩层移动规律、破坏特点及上覆岩层垮落范围，介绍了覆岩“三带”的大概范围，为深入认识煤矿采场覆岩变形特征提供了指导。     

盐腔形成过程对覆岩影响的相似材料模拟实验研究

应用相似材料模拟实验研究了盐腔成腔过程中上覆岩层移动、变形和破坏规律,上覆岩层损伤演化过程及规律,上覆岩层的层面效应及分层特性,上覆岩层破碎岩体尺寸特性等内容。通过这些研究,获得了上覆岩层在盐腔形成过程中的损伤演化方程、上覆岩层因岩层性质不同而产生的分层特性、上覆岩层移动变形过程中表现出来的层面效应以及岩层破碎岩体尺寸与岩层力学性质的关系。为进一步弄清开采沉陷的微观机理和建立新的预测模型打下了基础。     

高强度综放开采采动覆岩破坏高度及裂隙发育演化监测分析

 以王坡煤矿为试验矿井,采用钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视系统,探测高强度综放开采覆岩破坏高度,并对监测到的裂隙发育演化进行数字化分析和相似模拟试验研究。研究结果表明：王坡煤矿高强度综放开采覆岩破坏高度为94.00～104.92 m;采动岩体裂隙分布的主要特点是裂隙发育以高角度甚至垂直岩层层面为主,裂隙的发育数量与埋深呈现二次方的递增形式,而裂隙宽度与裂隙数量的分布近似呈正态分布;开采过程中裂隙富集区主要集中在前后煤壁,上覆岩层裂隙密度分布曲线呈两端高中间低,形状如“马鞍”型。     

煤层开采后覆岩破坏规律研究新方法

电阻率法动态监测技术是研究煤层开采后覆岩破坏规律的一种新方法 ,该方法通过在采煤工作面覆岩中预埋入电极传感器,动态、连续的观测工作面回采前后上覆煤岩体电阻率及供电电流,根据电阻率及供电电流的变化情况分析工作面煤层开采后顶板岩层破坏的形态,查明工作面开采后覆岩"两带"发育的动态变化规律,得到煤层采后顶板"垮落带"和"导水裂缝带"的发育高度。     

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律.对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向.多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少.采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔-巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征.开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著.     

煤层采动底板破坏规律动态观测研究

煤层采动后顶底板应力状态发生改变,会产生一定范围的变形与破坏,不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律.对于受底板水害威胁的煤层,正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件,因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向.多年来,我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多,但受技术条件所限,真正有效适用的技术方法较少.采用震波CT探测技术,结合煤层工作面中孔-巷间形成的探测剖面,进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理,可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征.开采探测实践表明,震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应,其适用性强,应用效果显著.     

井中地震波CT浅层城市地下空间成像

城市浅层地质条件复杂,表现为强烈的横向不均性,地层界面倾角大,地质灾害体形状不规则等,为了更加充分、安全的利用地下空间,降低城市地下空间开发过程中安全隐患,本文提出了井中地震波勘探技术,该技术结合逆垂直地震剖面(RVSP)与井间CT成像,能够使用统一的数学方法描述城市地下空间速度结构特征,形成优化组合技术下的高分辨工程物探方法。文章简述了RVSP与井间CT数据采集观测系统,并对常见浅层地质结构进行模型测试分析,利用层析成像方法重建模型速度结构。最终,将井中地震波CT成像技术应用实际溶洞及采空区探测,得出相关结论并提出建议。     

岩体破坏弹性波CT动态探测试验研究

介绍了弹性波CT探测的原理与测试方法 ,采用声速 (纵波速度 )作为反演参量 ,声速的变化反映岩体的受力状态、结构变化以及破坏程度 ,结合煤层开采中煤层底板岩体破坏的过程进行声波CT动态探测试验。研究表明 ,弹性波CT可以用于动态探测岩体破坏 ,探测结果直观 ,达到高精度和高分辨率的精细探测要求 ,结果可靠。     

深厚软土地层地震破坏的作用机理研究

以福州市区场地软土动力特性和地脉动频谱结构为研究对象,对福州市区进行了场地地脉动的测试及频谱分析。据此研究了地脉动频谱结构特征及场地土(包括软土)对地脉动的频率响应的特性。结果表明,场地地脉动卓越周期与场地覆盖层厚度和地基土刚度的变化密切相关;软土层对地脉动的卓越周期有一定放大作用;通过建立场地土覆盖层厚度、剪切波速与地脉动卓越周期之间的相关关系,揭示了场地卓越周期值与场地土覆盖层厚度正相关,随剪切波速增大,场地卓越周期呈现减小的趋势。同时,根据已有对市区高层建筑结构自振周期的地脉动测试结果,结合我国经验计算方法和美国加州近似方法,得到高层建筑结构自振周期的修正近似计算式。最后,研究结果初步揭示了深厚软土地层地震破坏的作用机理,并结合震害案例进一步解释此类场地某些结构物易遭地震破坏的原因。     

大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法

 水电站地下洞室群埋深大,在动力分析时若将模型建至地表将使网格规模庞大,不利于分析效率的提高。提出适合于大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法。该方法将大范围、粗网格的地下地震波动场计算与小范围、细网格结构动力计算分开,分别建立粗网格和细网格模型进行分析。首先,根据深部基岩的地震波传播特性,采用幅值线性折减的方法对地表加速度时程向基岩深处推算,得到在模型底边界的加速度时程,再输入模型可算得大范围的地震波动场。其次,把结构计算模型边界节点放入波动场计算模型中插值,可获得计算模型边界条件,最后,完成地震荷载的输入。算例表明,推算所得模型底部加速度时程考虑工程具体条件,比规范规定的单一折减系数更能反映实际工程的地下地震动特性。同时,在地下洞室的地震响应分析中,地震波过早被地表反射或不考虑地震波的反射,都会对计算结果造成误差,动力子模型方法能够在保证计算结果精确性的同时,使细网格的计算模型不建至地表自由面,可显著缩减网格规模,提升动力计算效率。     

浅埋地下结构地震反应分析的惯性力–位移法

现有的地下结构地震反应简化分析方法,如:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等,均没有考虑上覆回填堆积土体或地震中因剪切破坏失效后的上覆堆积土体在竖向地震作用下产生的惯性力效应。已有研究表明,这种上覆土体竖向惯性力效应对浅埋地下结构支撑构件的抗震性能(抗剪强度和极限变形)有重要影响,是评价浅埋地下结构抗震安全性的关键因素之一,不能忽视。为此,针对浅埋地下结构地震反应分析问题,提出了一种考虑上覆土体竖向惯性力影响的反应位移法,简称惯性力–位移法。给出了惯性力–位移法分析模型的两个关键参数确定方法,包括地基弹簧刚度及上覆土体最大竖向惯性力。工程实例分析结果表明,建议的惯性力–位移法与传统的反应位移法相比,不仅克服了传统的反应位移法不能给出中柱轴力的缺陷外,其它反应量的计算精度与之基本相当。     

建筑结构的伪动力试验控制与计算方法

伪动力试验是指把地震波输入到计算机中，再将其离散化，通过数值方法，计算结构在地震波作用下的动力性能与破坏特征。介绍了伪动力试验的基本控制方法和计算方法，并与其他主要的结构抗震试验方法作了简单的比较。     

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

 考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现：地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。     

地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟

 以金沙江龙蟠边坡变形岩体为例,采用人工合成地震动为输入条件,并考虑超静孔隙水压力的作用,运用离散单元法进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明：地震惯性力的作用引起剪应力的积聚效应;岩体结构面对岩质边坡的地震动力响应起控制性作用;边坡最危险状态是地震刚刚开始时由静态到动态所发生的巨大系统改变之时;地震作用导致岩体变形破坏的主要机制是剪应力积聚和超静孔隙水压力累积效应的耦合作用。同时,计算结果还表明,龙蟠边坡变形岩体在遭受地震时不会发生整体性的远程滑动,这一结论对金沙江宽谷坝址的抉择具有重要的工程应用价值。     

地震作用下岩质边坡动力响应特性及变形破坏机制研究

以汶川地震诱发大型岩质边坡为研究对象,基于相似理论,采用室内大型振动台模型试验,通过输入不同频率、不同持时以及不同幅值的正弦波,研究顺层及均质结构岩质边坡的动力加速度响应特征及动力输入参数对边坡动力特性的影响。试验结果表明,模型边坡动力加速度分布存在明显的而非线性高程放大特性及非线性趋表特性;且边坡对加速度的放大存在高度效应,即边坡中上部大约3/4坡高以上对水平加速度放大明显,而中下部对竖直加速度放大明显;受地形作用影响,边坡坡脚对加速度具有明显的抑制作用;地震波输入的动力参数对加速度动力特性有影响,地震波频率对加速度影响最为明显,边坡动力加速度随频率的增加而呈非线性增大的趋势,当地震波频率接近边坡模型自振频率时影响最大,且频率的增加改变坡体内加速度的分布特征;动力加速度随边坡输入加速度峰值的增加而增加,但幅值的变化并不改变加速度在坡体内的分布;地震波持时对动力加速度影响轻微。边坡坡体结构是影响其动力特性的重要因素,顺层结构边坡由于存在大量的结构面其动力加速度放大系数要高于均质结构边坡15%左右。     

巨型钢框架MSCSS抗震动力可靠度研究

通过有限元分析软件SAP2000对巨–子型有控结构进行建模,利用SAP2000中的动力时程分析法,分别选用实测的地震动记录和通过HHT方法合成的El-Centro人工波,对巨–子型有控结构及巨型框架结构进行弹塑性时程分析;利用SAP2000与MATLAB接口程序将SAP2000的分析结果在MATLAB软件中做进一步的计算分析,进行结构随机地震响应的概率密度演化分析,采用首次超越破坏机制,定义结构层间位移为极限状态控制指标,确定了基于概率密度演化方法的结构抗震动力可靠度的计算方法。结果表明:巨-子型有控结构比巨型框架结构具有更好的振动控制性能,抗震动力可靠度远大于巨型框架结构的抗震动力可靠度,具有更高的结构安全性和可靠性。     

采场顶板破断型震源机制及其分析

 作为一种区域、实时、动态监测手段，微震监测技术用于预测预报冲击矿压等地质灾害乃至防灾减灾完全可行，而不同震源震动机制的研究是微震法预测预报冲击矿压的前提和基础。采场顶板是影响煤矿冲击矿压发生的重要因素，在分析采场坚硬顶板断裂过程的基础上，建立坚硬顶板断裂震动的等效点源模型，并根据该模型用震动波理论分析坚硬顶板断裂的震动位移方程，揭示了坚硬顶板断裂的震源机制，并通过三河尖矿微震监测的坚硬顶板断裂信号验证分析结果的正确性。研究表明，采场顶板由于受源外介质的拉力作用，断裂时震源会产生波前向外传播的压缩波，震源处岩体破坏主要为张性拉伸破坏。研究结果可为顶板型冲击矿压的预测预报和防治提供理论依据。