高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性研究EI北大核心CSCD

基于MTS815及SHPB装置,分别进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性试验。针对该区域的钻孔花岗岩岩芯,开展了一系列的静态拉伸、静态单轴压缩、动态拉伸、动态压缩,以及一维动静组合拉伸加载试验。特别是,该批次试验所用岩芯均取自同一深度处(深度360 m左右)的花岗岩,所获得的对比与分析结果对于同一岩石力学特性研究更有代表性意义。测试结果显示:该花岗岩的静态拉伸强度约为11.75 MPa,单轴压缩强度约为175 MPa。单轴压缩强度约为抗拉强度的14倍。在加载率为0.34×10~6~0.51×10~6MPa/s时,其动态拉伸强度约为25~35 MPa。在应变率为80~160 s^(-1)时,其动态压缩强度测试值区间为138~208 MPa。并且随着加载率或应变率的提高,无论是动态拉伸强度特性或动态压缩强度特性均随之增大,这说明了花岗岩的率相关加载效应特性。进一步的实施了该花岗岩的一维动静组合拉伸加载试验,发现随着轴向静压的增大,岩石的抗冲击强度呈现出先增大后减小的趋势。大约在静载抗拉强度的50%时,抗冲击拉伸强度达到最大值,随后平缓减小。并且,随着轴向静压的增大,岩石的动静组合拉伸强度亦随之快速增大,最大可达到静载拉伸强度的3倍,抗冲击拉伸动载的1.5倍。同时,在冲击破坏情况下,岩石组合加载破坏模式呈现拉伸破坏,与静态拉伸破坏及一般冲击下的劈裂破坏特征基本一致。综上表明,该地段试验深度处的钻孔岩芯,其力学特性较为稳定,从工程建造角度而言,可作为高放废物地质处置的一个参考预选地段。但试验获取数据尚未充足,需通过不同钻孔以及不同深度处岩石的动、静力学特性试验及渗透试验、地应力测试等其它试验项目,进一步深入研究其在不同轴向静压及不同冲击动载下,岩石承受的临界动载荷值等力学特性。该研究的试验数据与理论可支撑于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置。     

Directly searching method for slip plane and its influential factors based on critical state of slope

In order to determine the slip plane of slope directly by the calculation results of strength reduction method, and analyze the influential factors of slope stability, a numerical model was established in plane strain mode by FLAC3D for homogeneous soil slope, whose parameters were reduced until the slope reached the critical state. Then FISH program was used to get the location data of slip plane from displacement contour lines. Furthermore, the method to determine multiple slip planes was also proposed by setting different heights of elastic areas. The influential factors for the stability were analyzed, including cohesion, internal friction angle, and tensile strength. The calculation results show that with the increase of cohesion, failure mode of slope changes from shallow slipping to the deep slipping, while inclination of slip plane becomes slower and slipping volume becomes larger; with the increase of friction angle, failure mode of slope changes from deep slipping to shallow slipping, while slip plane becomes steeper and upper border of slip plane comes closer to the vertex of slope; the safety factor increases little and slip plane goes far away from vertex of slope with the increase of tensile strength. Foundation item: Project(20060533071) supported by the Doctoral Program Foundation of Higher Education of China; Project (20060400264) supported by China Postdoctoral Science Foundation; Project (50774093) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (1343-74236000014) supported by Graduate Student Innovation Foundation of Hunan Province, China     

露天开采台阶面下伏空区安全隔离层厚度及声发射监测

开采台阶面下存在空区危害的露天矿山很多,这些空区不仅包括之前常规地下开采遗留的空区,还有很多因民采、盗采形成的无资料记录的空区。经过多年的演变,这些空区的形状、大小都发生较大的改变,这直接威胁着露天台阶面作业人员及设备的安全,极大地制约了露天安全高效开采。以国内三道庄矿露天开采工程台阶面下伏空区为背景,运用数值模拟方法对台阶面下伏空区的安全隔离层厚度进行确定,通过模拟计算不同跨度、不同顶板厚度空区的稳定性,寻找出特定跨度下空区的安全隔离层厚度,进而得到不同跨度空区安全隔离层厚度速查表,为现场台阶面推进及空区处理提供必要的参考。同时,运用声发射监测技术对台阶面下伏空区进行监控,给出具有代表性空区的声发射监测数据,选取不稳定空区、稳定空区、台阶面有钻机作业空区、台阶爆破后空区的声发射监测数据进行分析,找出这些代表性空区声发射监测数据的规律,为后续声发射监测结果的解释提供参考。这样就可以在利用安全隔离层厚度对空区稳定状况进行初步评价的基础上,通过声发射技术实时监测空区的稳定性,从而为露天台阶面作业提供有效的安全保障。     

岩石力学随机参数的统计方法及研究现状综述

对确定岩石力学随机参数概率分布的各种方法和研究状况进行了论述，分析探讨了岩石力学随机变量参数分布类型的检验方法及岩石参数统计方法，并对其未来作了研究展望。     

基于安全学原理的大跨浅埋隧道施工风险辨识

为了有效地消除和减少隧道施工过程带来的安全隐患,基于安全系统工程理论对大跨度浅埋深隧道施工风险进行了分析。以某典型大跨度浅埋隧道作为工程背景,运用事故致因理论对该隧道进行风险分析,绘制大跨度浅埋深隧道施工潜在危害鱼刺图。分析结果表明,大跨度浅埋隧道施工过程中存在七项潜在风险,分别为:围岩失稳、塌方、滑坡、超挖、初砌破损漏水、爆破和爆炸事故以及交通运输事故。针对围岩失稳这一风险极高的事故,选取故障树分析法对诱发此类事故的因素进行深入探讨。结果表明,做好地质探测工作、加强支护以及合理的爆破方式可有效避免该类事故。采取相同方法对其余六种风险因素也进行了分析,并提出了合理的对策措施。     

基于CALS及Surpac-FLAC3D耦合技术的 复杂空区稳定性分析

 由于受地质条件和探测技术的限制,传统探测方法很难获得复杂空区精确的实际空间分布形状,由此得到的空区用于建立数值分析模型显得过于粗糙,在此基础上进行空区稳定性分析的可靠性程度不高。采用空区激光自动扫描系统(CALS)对复杂空区进行激光扫描,在获得精准三维点云数据的基础上,运用Surpac软件模拟出空区的三维地质模型,通过耦合方法可以在FLAC3D中生成与实际空区空间分布一致的数值模型,提高复杂空区稳定性计算的准确性和可靠性。选取三道庄露天矿的地下空区作为工程实例,利用CALS获得不规则空区的实际空间边界。在此基础上,运用Surpac进行三维块体模拟,研究Surpac与FLAC3D模型耦合技术,成功地将三维模型数据导入FLAC3D中,结合现场实际勘测的围岩力学参数,对空区进行静力计算,分析空区的稳定性。     

无需预先测速的微震震源定位的数学形式及震源参数确定

 为解决传统方法因测量速度误差给定位精度造成的影响,研究3种无需预先测量速度的震源定位的数学形式,按其因变量为到时、到时差、到时差商依次称为TT,TD和TDQ法。通过分析发现,TD法在数学意义上优于TT和TDQ法。对目前广泛使用的需要预先测量速度的微震震源定位传统方法进行总结分析,将其归纳为2种数学形式,按其因变量为到时、到时差依次称为STT和STD法。通过算例分析,对TT,TD及STT以及STD法在速度浮动误差为0,1%,2%,3%,4%,5%的6个水平进行误差分析比较。研究发现,对于在传感器阵列内的震源,TD法的定位精度最高。TT和TD法无需预先给定速度,不受速度的影响,绝对距离误差区间分别为0～1.013 4和0.01～0.014 m。由此可见,TD法较稳定;STT和STD法在给定速度真值时,绝对距离误差为0～0.981 m;但当传统方法在给速度一个较小的误差1%～5%下,会导致较大的定位误差,较大的达到24.27 m。最后,对新方法在建有微震监测系统的冬瓜山铜矿进行验证,通过爆破模拟微震源,微震监测系统接受爆破信号,通过不同区域的3次爆破试验研究发现,TD法的定位精度最高,它在不需要预先测量速度的情况下,无论3个坐标各自的均值还是绝对距离误差均小于STT,STD和TT法。可见,TD法具有较高的定位精度,算法稳定,定位中只需传感器坐标及时间差即可,是合理可靠的,消除传统定位方法中速度误差给定位带来的影响。     

基于未确知测度理论的采空区危险性评价研究

基于未确知测度理论,建立矿山采空区的危险性等级评价和排序模型.从地质条件和工程状况出发,考虑影响采空区稳定性的14项因素,根据实测数据建立各影响因素的未确知测度函数.该模型针对采空区危险性评价中的诸多不确定性影响因素,根据实际情况,分别对其进行定性、定量分析,并利用熵计算各影响因素的指标权重,依照置信度识别准则进行等级判定,最后得出采空区危险性的评价结果.评价方法能解决采空区危险性评价中诸多因素不确定性问题,还可以按危险程度进行排序.将该方法应用于广东省大宝山矿15个采空区的危险性评价.研究结果表明,该方法科学合理,意义明确,可以在实际工程中进行推广应用.     

基于动静组合加载力学试验的深部开采岩石力学研究进展与展望

深部围岩开采前处于高静应力状态,开采(开挖)过程中不可避免承受机械或爆破开挖带来的开采扰动、卸载扰动以及应力调整扰动作用,属于典型的动静组合受力状态。用动静组合加载力学研究深部开采岩石力学问题更加符合深部围岩开采的实际情况。从深部围岩开采受力全过程出发,介绍了"岩石动静组合力学"概念和试验研究的提出过程,阐述了岩石动静组合力学试验研究从一维状态到二维状态再到三维状态的发展历程,并重点介绍了真三轴动静组合加载岩石力学试验系统的研制情况和取得的研究进展。根据对深部开采岩石力学科学认识的不断深入,结合动静组合加载岩石力学试验相关研究结果,揭示了深部岩石在各种动静组合受力状态下的力学响应、破坏特征以及能量规律,科学再现并解释了岩爆、板裂及冲击地压等非常规岩石破坏现象和机理。在此基础上,系统总结了真三轴动静组合加载岩石力学试验机的共同特点,并提出了未来研究的4个重点发展方向:(1)发展能实现"三维高静应力+卸载+冲击扰动"功能的真三轴SHPB动静组合加载试验机;(2)发展大尺寸岩石内部卸荷真三轴试验机;(3)基于三维动静组合加载岩石力学试验聚焦深部围岩发生岩爆灾害的能量机理;(4)开展深部原位保真取芯的三维动静组合加载岩石力学试验。     

距离判别分析法在岩体质量等级分类中的应用

将距离判别分析法应用于岩体质量等级分类问题中,建立岩体质量等级分类的距离判别分析模型,选用单轴抗压强度、岩体声波纵波速度、体积节理数、节理面粗糙度系数、节理面风化变异系数和透水性系数6项指标作为距离判别分析模型的判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应线性判别函数对待判样本进行分类。研究结果表明,距离判别分析模型分类性能良好,预测精度高,回判估计的误判率很低,是岩体质量等级分类的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广。