富水软弱层联络通道冻结温度场研究

以某富水软弱地层地铁联络通道冻结工程为研究背景,采用室内三维模型试验、ANSYS有限元数值分析及解析求解相结合的方法,研究了联络通道冻结工程中的土体温度场演化规律。室内三维模型试验研究结果表明,冻结试验开始后12 h达到预设温度-25℃,19 h后土体冻结帷幕形成,可得现场的积极冻结时间为50 d,维护冻结时间为29 d;土体冻结过程中,温度变化大致分两个阶段,第一阶段土体温度呈线性快速下降至0℃,第二阶段土体相变放热后,温度继续下降,最低温度为-15.2℃～-16.8℃,整个过程土体降温速度呈现先快后慢态势;在冻土融化阶段,土体温度随时间逐渐升高至室温,整个融化过程所需时间为冻结时间的3～4倍。有限元数值分析结果表明,在联络通道开挖后,冻结管圈内冻结壁平均温度有显著升高,而冻结管圈外冻结壁温度受影响较小。推导得到了双管冻结温度场解析解。     

基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型

为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。     

人工砂混凝土性能试验研究

采用正交试验方法配制了不同人工砂取代率、石粉含量、粉煤灰含量的混凝土, 对比了每组混凝土的坍落度, 研究了3 d、28 d龄期混凝土的抗压性能。结果表明: 最优配比的人工砂取代率、石粉含量和粉煤灰含量分别为10%、3%和5%, 此时28 d抗压强度为40.1 MPa, 满足30 MPa的混凝土设计强度。     

BIM技术在地下工程中的应用分析及展望

BIM技术以三维设计为基础,以数字信息为载体,将建筑信息贯穿于建筑的全生命周期中。然而由于地下工程的内部结构较为复杂,受地质条件影响较大,BIM技术在地下工程中的应用并不多见。叙述了BIM技术在隧道、地铁和矿井建设几种地下工程中应用的现状,并对几个典型案例进行分析,指出了BIM技术在地上工程和地下工程中应用的异同。最后,提出了目前BIM技术在地下工程中应用的问题以及对未来发展的建议。为推动BIM在我国地下工程中更广泛深入的应用提供重要参考价值。     

基于突变理论的南芬露天矿安全风险评价

为评价南芬露天铁矿的安全风险,根据南芬露天铁矿安全现状,从安全管理制度、边坡安全管理、采场安全管理、边坡防治这4个方面构建南芬露天矿安全评价指标体系,并采用突变理论对南芬露天矿的安全风险进行分析,结合实际,对南芬露天矿进行安全评价。结果表明,南芬露天铁矿突变隶属值为0.891,现场安全风险较好,但安全管理制度的隶属度值较低,在以后的工作中应着重安全管理制度的完善、健全及落实,避免因没有及时处理而出现相应事故。     

塔山煤矿复合坚硬顶板切顶留巷围岩变形机理及控制技术研究

以大同矿区塔山煤矿8304工作面切顶留巷为工程背景,综合采用理论计算、数值模拟及现场监测等方法对切顶留巷围岩的变形机理进行了分析,并提出了相应的控制技术。沿空顺槽实施切顶后,留巷顶板形成短臂梁结构,巷道整体处于卸压状态。切顶形成的切缝结构面阻断了采空区顶板压力传递到实体煤帮的路径,降低了煤帮应力集中程度,从而较大幅度减弱了实体煤帮及底板的变形;顶板最大变形集中在切缝侧,但下沉量有所减小;矸石帮变形分为垮落阶段的冲击变形和稳定阶段的缓慢变形,变形先急剧增大,后缓慢增加至稳定。基于对留巷围岩的变形分析,提出了对留巷顶板实施恒阻大变形锚索加强支护以控制顶板下沉,垮落矸石帮侧布置单体支柱配合11#工字钢与钢筋网片防冲护巷,煤帮采取左旋无纵筋螺纹钢锚杆加固处理及底板采用C20混凝土硬化的综合控制技术。现场监测留巷断面尺寸约为2 834 mm×4 615 mm,较原巷道断面最大收缩率为15.6%。监测结果表明:该控制技术能够有效控制围岩变形,所留巷道完全满足复用生产需求。     

基于模型试验的NPR锚索支护巷道变形及能量方程验证

为研究恒阻大变形锚索支护岩体能量转换规律,以淮南口孜矿301工作面运输巷为研究背景,基于相似理论,设计并进行NPR锚索支护圆形巷道物理模拟试验,并进行巷道变形及锚索受力规律的分析。试验结果表明,巷道变形与模型最大受力方向有关。加载前期,最大应力为垂向应力,变形以竖向变形为主,最大变形量为13 mm;中期水平应力最大,水平变形为主,最大水平位移量为47.6 mm;后期为等压阶段,巷道变形最为剧烈,巷道最终收敛为一不规则圆形;设计试验用微型恒阻锚索,并进行该锚索的拉伸实验,得到其关于受力及位移变形量的理论能量方程,并结合试验数据进行拟合对比,其能量曲线能够较好地吻合。从能量转化角度研究NPR锚索的工作原理,对于其现场工程应用有一定的指导意义。     

切顶卸压无煤柱自成巷顶板断裂特征研究

为研究无煤柱自成巷开采条件下基本顶不同断裂位置对巷道变形的影响,分析顶板岩层运动特征,建立基本顶不同断裂位态力学模型,分别推导出基本顶在不同断裂位置时的巷内临时支护强度计算公式,得出巷内临时支护强度临界值。采用离散元数值软件UDEC对基本顶不同断裂位态下的岩层运动进行模拟分析。结果表明:基本顶在实体煤侧及采空区侧发生断裂,巷道变形较小,而在巷道上方发生断裂时变形破坏严重;通过调整切顶护帮支架对巷道顶板支撑力控制下位顶板的变形,使基本顶在较为有利的位置发生断裂;通过切顶护帮支架、恒阻大变形锚索支护等技术可以有效控制巷道变形,并在柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面成功应用。     

爆炸载荷下空孔缺陷与爆生裂纹扩展行为研究

空孔在岩石巷道直眼掏槽爆破中具有重要作用,为研究空孔及其缺陷在爆炸荷载作用下的扩展行为和作用机理,以PMMA代替岩石材料,利用预制裂纹代替空孔缺陷,借助动态焦散线系统和理论分析为手段,研究不同间距下空孔、空孔处预制裂纹、爆生裂纹动态扩展规律及机理,分析不同"径距比"与掏槽效果的关系。研究结果表明:在装药量一定的情况下,随着炮孔与空孔距离的变化,爆生裂纹扩展距离呈现递增而预制裂纹扩展距离呈现递减的趋势,但都存在极值;当炮孔与空孔距离较小时,爆生裂纹和预制裂纹扩展及相互作用最复杂,爆生裂纹扩展经历由压缩应力波为主,表现为直线的前期扩展;由空孔处发射应力波和压缩应力波共同作用下,爆生裂纹偏离炮孔与空孔连心线的中期扩展,以及由空孔应力集中区作用使爆生裂纹向空孔方向偏移的后期阶段;预制裂纹扩展经历由空孔处应力集中作用下,表现为直线的前期扩展,以及由爆生裂纹处反射拉伸波作用使其向爆生裂纹发展的后期阶段;当炮孔与空孔距离较大时,反射应力波及应力集中效应对爆生裂纹和预制裂纹扩展在减弱,爆生裂纹与预制裂纹扩展行为仅有前期直线扩展阶段。"径距比"的大小对爆破效果影响较大,直眼掏槽爆破应以最优"径距比"作为掏槽爆破参数设计的依据。