平行工作面煤壁断层的采动应力演化规律研究

文章分析了平行工作面煤壁断层的采动应力转移特征,采用UDEC4.0软件对正断层情况下工作面从断层下盘向断层推进过程中工作面超前支承压力的变化进行研究。     

静水条件下浆液粘度时变特性与微观结构研究

浆液的凝胶特性是影响注浆效果的关键因素,为研究浆液的粘度变化过程与凝胶特性、揭示凝胶产物的微观结构特征,采用旋转粘度计对浆液在静水及无水条件下的凝胶变化过程进行系统试验,并采用SEM扫描电子显微镜对凝胶产物微观结构进行分析。研究结果表明,浆液在水下粘度变化具有明显的时变特性,粘度变化过程可分为低粘度期、初始上升期和快速上升期三个阶段,静水条件下低粘度期比无水条件下明显延长,使得浆液更容易被分散冲蚀。通过对凝胶产物微观结构分析表明,浆液凝胶分层具有不同的微观结构,静水条件下凝胶较无水条件下微孔隙含量更高,结构更为松散。研究成果丰富了注浆理论并可为优化注浆工艺提供参考,具有一定的理论价值及工程意义。     

断层附近回采工作面采动应力分布规律研究

为了保证断层附近回采工作面的安全生产,必须了解该断层对工作面的采动应力分布规律。通过数值模拟,分析研究断层附近的回采工作面采动应力分布规律。结果表明:断层的存在不仅影响到应力峰值,而且影响到支承压力分布形式和分布范围,使得应力峰值向煤壁转移,应力分布范围减小。     

低温冻融条件下岩体温度–渗流–应力–损伤(THMD)耦合模型研究及其在寒区隧道中的应用

 寒区隧道的围岩冻胀问题涉及到岩体温度场、渗流场、应力场以及冻融损伤相互作用的多场耦合问题。在THDM耦合机制分析基础上,基于连续介质力学、热力学、渗流力学、损伤力学以及分凝势理论,建立低温冻融条件下岩体THMD耦合模型。该模型不仅考虑体积应变对岩体温度场和渗流场的影响,温度梯度和渗透压力对岩体应力场的影响,还根据寒区工程实际,考虑冻胀压力和冻融循环对岩体劣化损伤的影响。数值仿真某寒区管道工程的冻胀过程,与现场的实测结果对比表明：该模型能很好地反映岩土体由于负温所产生的冻胀现象。在此基础上,分析极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力的变化规律,并对隧道在经历不同冻融循环次数后的变形和受力特征进行探讨。研究结果表明：极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩的最大冻胀力达到1.6 MPa,冻融循环对隧道衬砌受力影响较大。     

考虑黏聚力的上下加载面修正剑桥模型及数值实现

 首先完善上下加载面模型中超固结状态参数R与结构性状态参数R*的定义,给出上下加载面修正剑桥模型更具普适性的推导过程;然后介绍考虑黏聚力的上下加载面修正剑桥模型的半隐式本构积分算法及数值实现过程,并基于ABAQUS软件所提供的用户材料子程序UMAT接口编制上下加载面修正剑桥模型本构子程序;利用该模型模拟不同工况以及不同加载方式下超固结和原状土体的力学特性,以验证该本构模型对原状超固结土体的模拟能力以及所编写子程序的正确性和可靠性;最后进行Boom Clay三轴固结不排水剪切试验的模拟,完成将上下加载面修正剑桥模型应用于工程实际的关键一步。     

采场支架围岩关系研究及支架合理额定工作阻力确定

依据支架围岩关系调压试验曲线,从定性定量2个方面论证了它们之间关系。从控制角度出发,采场上方直接顶岩层运动与支架额定工作阻力关系是必须控制与必须被控制关系,称为"必控岩层",其定量关系为P_(ze)=h_zγ_z。基本顶岩层运动与支架额定工作阻力关系是程度控制与被程度控制关系,称为"程控岩层",呈"双曲线"关系,导出了它们之间关系数学力学公式,即P_(re)=QS_m/2S_x。支架额定阻力与整体弯沉带岩层运动关系是不可以控制也不可以被控制关系,称为"不可控岩层",其定量关系为P_b=0。分析了调压试验曲线特征、存在条件及双曲线在坐标系中位置影响因素。依据支架围岩呈"双曲线"关系数学力学模型,确定了支架控制整个采场上覆岩层运动具备合理的额定工作阻力。     

采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,关键层破断角随h/h'的增大而减小,载荷层厚度变化对破断角的影响程度大于岩层厚度变化的影响;(4)当h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。     

坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井稳定性研究

采用合适的计算方法确定有效的围护方案是基坑设计中的难点。以南京纬三路过江隧道江北盾构工作始发井为依托,采用空间地基板法反演分析得到各地层m值,通过编制DLOAD子程序实现主动区与被动区的判别和相应荷载的施加,得到坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井围护体系的受力与变形特征。计算结果与现场实测值较为吻合,从而证明采用空间地基板法配合反演得到的地层m值可有效预测工作井围护体系的变形与受力特征。为进一步优化设计方案,选定连续墙厚度、支撑截面尺寸及底板以下5 m范围内土体m值3个参数,通过正交试验进行参数分析,得到影响连续墙水平位移及支撑轴力的主要因素。计算方法及相关计算结果可为同类工程设计提供参考。     

芙蓉江大桥拱座混凝土–基岩抗滑稳定性研究

 通过对混凝土–岩石胶结面剪切破坏过程中剪应力–位移曲线的分析,假设混凝土–岩石胶结面剪应力由混凝土与岩石之间的胶结作用和摩擦效应共同承担,从而建立考虑峰后胶结损伤的胶结面力学模型。室内混凝土–岩石剪切试验结果的反演分析表明,该模型可以很好地反映胶结面剪切破坏过程。利用建立的混凝土–岩石胶结面力学模型,对拟建的芙蓉江大桥拱座抗滑稳定性进行三维计算分析,结果表明：桥梁荷载下拱座–基岩胶结面剪切应力小于其抗剪强度,胶结面变形以弹性变形为主,量值较小,拱座–基岩胶结面不会产生剪切破坏。     

软岩大变形巷道底臌破坏机制与支护技术研究

 随着资源开采由浅部向深部转移,如何有效地控制底臌成为深部软岩巷道支护中首要考虑的问题。针对国投新集刘庄煤矿围岩破坏严重、难支护的情况,结合刘庄煤矿制冷硐室所处的地质环境特点,在巷道围岩的物理力学特性、岩石矿物成分分析、现场地应力测量、现场大型真三轴流变试验的基础上,分析巷道底臌的主控因素,研究表明：本巷道底臌变形主要是由于软弱围岩在较高的水平构造应力作用下,产生明显的流变变形所致。在此基础上,对该巷道进行支护设计优化,提出一种由U型钢可压缩支架和泡沫混凝土填充结合预应力锚索的被动卸压与主动施压相结合的底臌变形控制方案,并通过数值方法验证该方案的合理性。