走向条带煤柱破坏失稳的尖点突变模型

走向条带煤柱的破坏失稳是典型的偏离平衡态的非线性过程。在建立走向条带煤柱力学模型的基础上,应用突变理论建立了走向条带煤柱滑移破坏失稳的尖点突变模型,导出了条带煤柱破坏失稳的充要条件表达式。该突变模型考虑了地下水对条带煤柱稳定性的影响,认为地下水的作用主要是通过软化煤柱弹性核区的强度、降低煤柱弹性核区的刚度从而降低条带煤柱的稳定性。并根据模型对走向条带煤柱破坏失稳的机理进行了分析。为条带开采煤柱的稳定性及破坏失稳研究提供了新的理论方法。     

隧道围岩失稳的突变理论分析

通过探讨隧道围岩体发生塌方失稳破坏的机理,建立了隧道发生塌方失稳的突变模型,该模型可较好地解释隧道穿越软弱围岩时拱项常发生大范围塌方的现象,具有较好的实用性.据所建立的突变模型,从刚度比、水致弱化系数比、几何-力学参数等参数进行了隧道围岩稳定性的突变分析,分析结果表明,水致弱化函数、几何参数、刚度比对软弱围岩体稳定性有很大的影响,分叉集上的点的是系统产生失稳的点,系统受外界环境和内部性质改变时,则系统将跨越分又集,产生突变失稳.通过深埋隧道围岩稳定性的突变理论分析,从地下水防治、超前支护、控制爆破及监控量测方面提出了深埋隧道穿越软弱围岩体引起塌方的预防控制措施,对于隧道施工具有很好的指导意义.     

突变理论在边坡稳定性评价中的应用

运用非线性科学中的突变理论对边坡稳定性进行了分析,介绍了突变理论的基本原理,并采用尖点突变模型分析失稳的过程,讨论突变理论在边坡稳定性评价中应用的合理性和可行性.     

边坡失稳的尖点突变模型研究

通过建立边坡地质力学模型,考虑内外环境因素对边坡稳定性的影响,应用非线性科学建立了完善的边坡失稳突变理论模型,分析了突变模型中控制变量对边坡产生快速和慢速蠕滑失稳的影响。因刚性极限平衡理论在评价边坡稳定性存在不足,应用刚度效应失稳新理论得到了边坡产生蠕滑失稳的判据,其分析结果能很好解释蠕滑型边坡失稳的机理,从而揭示了应用突变模型研究边坡失稳现象的可行性。     

边坡稳定性判别的几种方法

介绍了边坡稳定性研究的背景及必要性,并对边坡的分类、边坡失稳的原因和特点、稳定性分析计算等方面进行了分析,阐述了边坡稳定性的几种判别方法,在突变理论分析中,通过尖点突变模型,分析了边坡失稳的过程,总结归纳出经验法、Sarma法、突变理论判别方法等的适用范围以及优缺点。     

强降雨作用下岩质边坡失稳的尖点突变

本文以研究强降雨作用下岩质边坡失稳为研究对象,考虑到强降雨条件下,雨水导致介质的出现应变软化和水致弱化的情况,建立了对岩质边坡稳定性进行评价的综合地质力学模型。利用尖点突变理论,分析得出了强降雨作用下岩质边坡失稳的判断依据。并通过实例验证本方法计算得出的边坡稳定性判断依据与实际情况相符。因此,将尖点突变理论应用于强降雨作用下岩质边坡失稳的的分析是合理的。     

考虑降雨影响的非饱和土基坑边坡突变失稳分析

降雨入渗往往是非饱和土基坑边坡失稳的主要诱发因素之一,同时边坡失稳又具有突发性。基于突变理论提出了考虑降雨入渗影响的非饱和土基坑边坡稳定性分析方法。根据分析边坡稳定性的塑性极限方法的上限理论建立了边坡失稳尖点突变模型,并得出边坡突发式滑坡的特征关系式,用突变理论对非饱和土边坡稳定进行了初步研究。研究表明,基坑边坡失稳是一种突发性的破坏,外界环境的变化(如降雨入渗导致土体抗剪强度的降低)是基坑边坡发生突发性破坏的决定性因素。     

挠曲褶皱性巷道底臌机理分析及防治对策研究

 提出了挠曲褶皱性巷道底板失稳机理分析的突变模型, 探讨了底板稳定性在控制空间的分区、力在控制空间中的运动途径对底板稳定性的影响以及底板失稳的垂直力振动触发机制, 建立了判别其失稳的充要力学条件。在分析各影响因素对底板稳定性影响的基础上, 采用FLAC 模拟, 研究了挠曲褶皱性巷道底臌的防治对策。     

土石坝失稳的尖点突变模型与临界条件

土石坝是一个复杂的非线性系统,其失稳过程的力学行为是一个不可逆的非线性动力学演化过程。根据土石坝的特点,应用突变理论,建立了一个考虑坝体材料应变软化效应和水致弱化效应的尖点突变模型,通过对模型进行平衡分析,获得了坝坡失稳的力学判据。通过对失稳判据的分析得出,土石坝发生突变失稳的必要条件,取决于坝体材料特性、库水位及库水位变化情况,高洪水位或由高水位骤降时因坝坡上部材料刚度降低而容易发生突滑失稳,是坝坡稳定的控制工况。最后,根据系统突变条件得出了坝坡失稳的临界位移和临界几何—力学参数,为土石坝稳定分析和安全评价提供新的途径。     

隧道层状围岩失稳的弹性倾斜梁突变模型

应用突变理论,建立了弹性倾斜梁尖点突变失稳模型,在考虑围岩倾角的情况下,分析了围岩的失稳机制,导出了围岩失稳的充要力学条件,得出了层状围岩失稳的力学判据。     

加强矿山地质工作 促进矿业持续发展

阐述铜陵有色金属（集团）公司４０多年地质探矿工作的作法与成果;并对市场经济条件下矿山地质工作如何适应矿山生产发展的问题作了有益的尝试;论述了地勘成果和矿产资源是企业生存与发展的基础和依据这一道理     

高速公路与下伏煤矿采空区相互作用规律探讨

从公路的采动响应特征、采空区的二次活化机制、不同工况条件下采空区地表移动与变形规律的有限元数值分析3个方面,探讨高速公路与下伏采空区相互作用问题。概化分析公路路线与采空区不同空间关系时,地表移动与变形的基本发展规律;总结不同开采方式形成采空区的特征、变形与破坏特征、二次活化机制及危害性评价方法;系统考虑公路、采空区、采矿特征、处治方式等各种影响因素,总结出不同工况组合情况下采空区剩余移动与变形的若干规律,涉及到不同采深、不同采厚、煤层倾斜、多层重复开采、临近采动、各煤层空间关系等各种复杂地质与采矿条件,以供矿区高速公路建设的规划、选线以及治理参考。     

兖州矿区立井井筒破坏机制的理论分析

通过对兖州矿区的工程地质水文地质的分析可知,立井井筒破坏的主要原因为井筒周围底部含水层的压缩,且含水层水头的降低与立井井筒的破坏直接存在一定的规律,底部含水层的压缩在立井井筒内产生附加应力,此附加应力造成立井井筒的变形破坏,通过拉格朗日法对立井井筒的破坏过程进行数值模拟,通过计算得到立井井筒破坏过程中各个影响因素的变化规律,从而得到立井井筒的破坏规律,为兖州矿区立井井筒破坏的治理提供理论基础,而且在立井井筒的破坏机制分析及防治方面发挥重要的作用。     

澜沧铅矿凝灰岩的膨胀机制研究

基于澜沧铅矿凝灰岩的快速膨胀垮塌并失去强度的工程背景,较系统地讨论了凝灰岩的膨胀垮塌机制。主要从凝灰岩的化学反应、微观结构、物质因素、防塌钻井液及防塌机制等方面来研究。具体研究内容如下:(1)通过凝灰岩与化学试剂的反应研究了凝灰岩的膨胀垮塌机制。化学反应研究贯穿整个研究过程。分别进行了广泛的化学反应实验研究、盐定向实验研究及防塌钻井液应用研究,获得的防塌钻井液配方将凝灰岩的稳定时间由水中2 min完全分解提高到15 d以上仍保持稳定,通过结合防塌钻井液来研究凝灰岩的分解垮塌机制,达到了应用和理论研究相互支持的目的。化学研究中还讨论了化学水合结晶的膨胀作用及阴离子的防塌作用。研究结果表明:凝灰岩中离子的溶出与凝灰岩的分解垮塌密切相关,饱和NaCl溶液能阻止凝灰岩中的离子溶解进而有效防止凝灰岩垮塌;钻井液中的NaOH和可溶淀粉成分对凝灰岩垮塌有重要的抑制作用,使用就地取材的凝灰岩滤液为基液可提升防塌性能,不宜使用防盐结晶的添加剂;化学水合结晶在长期湿润的地下存在并可导致一定的凝灰岩膨胀,但水合结晶膨胀不普遍,不是凝灰岩快速膨胀垮塌的主要原因;防止澜沧凝灰岩分解垮塌的阴离子应以卤族阴离子中的Cl-和Br-为佳。(2)由凝灰岩的微观结构和物理性质研究了凝灰岩遇水快速膨胀的原因。除分析了凝灰岩的粒度、孔隙、裂缝等物性外,主要使用扫描电镜观察。对比干凝灰岩、缓慢吸水凝灰岩及快速吸水凝灰岩样品的结构变化,研究了微观结构对凝灰岩膨胀垮塌的作用、凝灰岩遇水时裂缝孔隙的变化、水在凝灰岩内的流动及毛细管力和模型等问题。微观结构研究表明:凝灰岩中的粒度分布不均匀,总体较细,但含有对钻井卡钻有极大影响的致密坚硬的大岩块;凝灰岩的孔隙和裂缝十分发育,为水的快速进入提供了主要通道,自由膨胀时表面孔隙率增加达5倍以上,渗透率增加,封闭空间中的膨胀使得裂缝和孔隙均匀化变小,渗透率降低;膨胀过程中水的流动过程为:在毛管压力的作用下,水沿裂缝和孔隙在凝灰岩内快速扩散,进入凝灰岩层片状结构时,大量新的微孔隙和微裂缝产生,为水的进一步渗入提供了新的通道,水最终进入凝灰岩中普遍存在的亲水片状结构内;由毛细管力的平板模型分析可知,由于亲水片状结构的片间距离微小,故片间毛细管力较大,片状结构的普遍存在导致普遍而强烈的毛细吸水现象,且由于吸水后片发生卷曲,片间距增大并产生大量孔隙和裂缝,故认为澜沧凝灰岩中普遍存在的亲水片状结构吸水卷曲是凝灰岩遇水快速膨胀垮塌的主要原因之一。(3)研究了膨胀垮塌机制的物质因素。分别从膨胀和垮塌2个方面进行研究。研究膨胀时,使用X荧光仪获取初步的物质全成分并对比原凝灰岩成分和浸泡48 h溶液后凝灰岩成分,以初步观察溶解物质;使用X衍射测试矿物组成并对比化学反应中有明显区别的典型颜色样品,以进一步证实特征矿物成分的作用;对在扫描电镜观察下的膨胀部位典型结构进行电子探针物质检测,以精准测试膨胀的物质。研究垮塌时,主要使用化学方法并结合钻井液研究,设计增量时间下的溶出及防塌实验对比,并由验证实验获得确定的功能物质。结果表明:澜沧凝灰岩快速膨胀的矿物质原因为凝灰岩中含有大量的高岭石成分,层片状结构的高岭石快速吸水导致快速膨胀和垮塌;凝灰岩中的可溶物溶解对澜沧凝灰岩分解垮塌起十分重要的作用,Na+及K+的溶出是凝灰岩在水中分解垮塌的重要物质因素。(4)钻井液的防塌机制不仅是关于工程应用的一个专门研究,也是对凝灰岩分解垮塌机制的证实和补充。防塌机制研究中使用的与凝灰岩稳定性增加序列一致的、按钻井液配方进行溶质增量的防塌实验及溶出离子检测对比,不仅是物质因素研究的补充,也进一步从定量关系上讨论了化学现象。关于饱和盐水钻井液的防塌机制,根据实验现象提出了一些崭新的观点:食盐结晶的堵塞作用、淀粉对食盐结晶的支撑作用、NaOH对结晶的增强作用及对凝灰岩中离子溶出的阻碍等。研究表明:井壁由淀粉絮凝物、NaCl结晶及胶体形成湿润的混合膜覆盖,极大地阻碍了水浸入凝灰岩层,钻井液的成膜隔水能力是防塌的重要原因;钻井液具有较强的阻止离子溶出能力亦是防塌的重要原因。     

玲珑金矿深部地应力测量及矿区地应力场分布规律

 介绍玲珑金矿主矿区深部和浅部两期地应力测量的过程和结果。为提高测量结果的可靠性和准确性,采用完全温度补偿技术和实现完全温度补偿的空心包体应变计等一系列新的技术和方法,对传统的应力解除法进行重大改进。通过实测,获得矿区7个水平,18个测点的三维地应力大小和方向。根据实测结果,对玲珑金矿主矿区地应力场的分布规律进行定量的综合分析与研究。研究结果表明：(1) 玲珑金矿主矿区地应力场以水平构造应力为主导,最大水平主应力平均为自重应力的2.26倍;(2) 最大水平主应力的走向为NW向,基本与区域构造应力场最大主应力的方向相一致;(3) 垂直主应力值基本上等于或略大于自重应力值;(4) 深部与浅部相比,尽管岩性有较明显变化,但地应力场分布规律并没有显著改变;(5) 最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力值均随深度呈几乎线性增长关系。     

露天矿开采深度对边坡稳定性的影响

提出了边坡应力分析的新方法，即离散元计算与神经网络预测相结合的模型。首先应用离散元计算不同的开采深度下的边坡岩体应力，将计算结果形成样本集，应用神经网络学习并进行推理，预测其他开采深度的边坡岩体应力。经已开挖的边坡岩体应力验证，该分析模型既方便又合理，并能进一步推广用于预测未开挖的边坡岩体应力。     

云驾岭煤矿无烟煤的动态本构模型研究

大直径霍普金生压杆试验表明：云驾岭煤矿无烟煤的动态本构曲线具有显著的塑性屈服特征，初始弹性模量Eb、屈服强度σs与极限强度σb都随着应变率的增加而提高，但屈服强度最为显著。根据试验曲线的特征，在对既有岩石动态本构模型进行分析和初步的拟合后，引入一个新的损伤型黏弹性本构模型，以1根线性弹簧和2个不同松弛时间的Maxwell体并联的黏弹性模型表达无烟煤显著的塑性流动，2个Maxwell体分别表示无烟煤的低应变率响应和高应变率响应，以动态应力-应变曲线任-点与原点连线的斜率E（εi）相对于初始模量Eb的降低来度量损伤D。模型的数值拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性。拟合参数表明，无烟煤对低应变率的响应与混凝土相同，对高应变率的敏感性远远高于混凝土。     

矿山三维模型在滑坡体稳定性分析中的应用

滑坡是常见地质灾害之一,其形成原因可以是自然的,也可以是人为的,或者是综合性的.因此,滑坡体的形成机制相当复杂,寻求可靠、有效的滑坡体理论计算与数值模拟分析方法是许多学者努力研究的方向.随着现代科学技术,尤其是先进的计算机数字建模技术的发展与进步,三维矿山模型的建立成为可能,为滑坡体稳定性分析与计算提供了一种新的途径.模型的建立以从各种渠道所获取的基础数据为前提,可以将研究对象的基本组成及其结构构造三维可视化,并赋予各组成部分关于几何形状、尺寸、空间分布要素(走向、倾向和倾角)以及物理力学性能方面的参数.将三维模型上任意截取的计算剖面与传统的极限平衡计算法结合起来,可轻松获得该计算剖面坡体稳定安全系数;将三维模型和功能强大的有限元分析软件结合起来,则可实现滑坡体的三维稳定性分析与计算.结合河南灵宝罗山矿区的滑坡体稳定性分析与治理课题,介绍了以MapGIS,AutoCAD及Surpac软件为主要工具的矿山三维建模的基本原理和步骤,获得部分关键计算剖面的稳定安全系数,为滑坡体的稳定性分析研究及其综合治理提供了依据.     

煤矿深井动力灾害电荷辐射特征及应用

 煤矿深井冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害的发生频率及强度不断增加,且互为诱因、相互转化、致灾机制更加复杂,使得监测预警和防治工作更加困难。准确预测动力灾害的类型与等级,是防治动力灾害的必要前提。动力灾害孕育过程中,煤岩变形破裂与瓦斯运移产生大量煤岩电荷,研究不同类型动力灾害孕育过程中电荷辐射信息的特征及变化规律,是利用煤岩电荷辐射法进行冲击地压等动力灾害准确预测前提。应用煤岩电荷监测系统,测试回采过程中工作面前方巷道煤岩体的电荷辐射信号,并对动力灾害孕育过程中电荷辐射的变化规律和特征进行研究。结果表明：工作面正常工作时期,电荷信号平稳且较小,动力灾害发生前,电荷信号有明显的异常前兆,且对于不同形式的动力灾害,电荷信号特征有显著的区别。煤与瓦斯突出孕育过程中,电荷最大值增大且有较大幅度的波动,电荷最小值基本为0;冲击地压孕育过程中,电荷最大值与最小值基本一致,在一个较高水平平稳变化,无明显波动现象;复合型动力灾害孕育过程中,电荷辐射最大值在一个较高的水平呈较大幅度波动变化,电荷辐射最小值在一个较高的水平比较平稳的变化,呈现突出和冲击信号的共同特征。因此,煤岩电荷辐射技术不但可用于预测煤岩动力灾害危险性,并可判断灾害类型,进而采取相应的防治措施,对改变我国煤矿安全状况有重要意义。     

煤矿顶板失稳冒落分形预报的可能性研究

研究了煤矿顶板运动过程中所表现出的分形特征，提出了用顶板下沉速度、声发射等的分数维值的变化来预报顶板失稳、冒落的方法。不同顶板条件实测结果分析表明，分数维指标能更加科学地反映顶板运动的特性。