土工离心模型试验大流量供水系统设计研究

当前的土工离心模型试验的几种供水方式存在流量小、不稳定、测不准、造价高等问题,针对这些问题,研发了一套离心机大流量供水及控制系统。系统主要包括：上层供水系统、下层储水和供水系统、排水系统以及流量量测控制系统。系统采用环形水箱作为二级储水、供水箱,利用离心机旋转产生的巨大离心力驱动水流向模型试验箱内供水,同时采用离心实验专用孔隙水压力传感器来辅助监测流量,通过计算机控制布置在重力场与低离心力侧的电控阀门来实现流量的分级控制。该系统当前管路在50g离心力场下持续供水最大流量可达8 L/s, 100g离心力场下理论最大供水流量可达100 L/s,结合不同的模型试验箱布置,系统可开展降雨、库水位变动导致的滑坡、溃坝、枢纽泄洪消能等需水离心模型试验研究。     

大型水库库区下压煤开采研究

运用现场工程地质调查、室内岩石力学试验、现场测试、矿井涌水量统计、水质分析、理论计算以及数值模拟相结合的综合手段,分析认为煤层开采有安全保障；地面塌陷范围有限，不会波及到大坝附近；煤层开采不会造成库区水体渗漏,不会对大坝附近的渗流场产生影响.     

试论强度折减有限元法变形参数折减的必要性和相应判据

本文根据符合摩尔-库仑屈服准则的半无限域均质岩土体的应力场,用屈服准则公式推导的方法,探讨了在强度折减有限元法中,相关的变形参数是否应该折减的问题。推导出了在没有特定假设前提下的岩土体摩擦角与泊松比之间应满足的关系不等式,它包含了岩土体内聚力为零和岩土体深度为无穷大的两种特殊情况,更具有一般性。该关系不等式不仅说明了在强度折减有限元法中相关变形参数折减的必要性,同时也是对岩土体泊松比是否进行调整,调整多少的一个重要判据。通过计算与分析发现,如果在使用强度折减有限元法时,不遵守上述判据,在大多数情况下,仍然能获得与极限平衡法相同的安全系数,但是计算成果中将会出现大范围的并不存在的塑性区。鉴于有限元法在提出安全系数的同时,也要给出符合实际的应力、变形和塑性区信息,引入本文提出的判据,显然是有必要的。     

煤层开采对周边重要文物安全的影响研究

随着易采煤炭资源的日益枯竭,开采"三下"压煤显得非常急迫,如何在保证建筑物、基础设施等安全运行的前提下,合理地进行煤炭资源的开发是一个非常现实的重大课题.以郑家庄煤矿开采为例,在已有研究成果的基础上,首先采用自行研发的ROCK MODEL程序建立三维地质模型;然后采用概率积分法和数值模拟方法对多个开采方案进行分析计算,在综合考虑文物保护、地质条件、开采设计等因素的基础上,确定出最佳开采方案;其次采用综合研究手段,对采场上覆"两带"发育高度、断层、采动裂缝对近地表浅层含水层疏干和名树古木存活的可能性进行详细论证;最后提出具体防治措施.     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

大型水库库区下压煤开采对其安全影响评价

在前人研究成果的基础上,采用现场调研、室内试验、数值计算相结合的综合方法,研究了开采沉陷对大坝安全的影响、压煤开采引发库区渗漏及库水位骤降的可能性及对库区渗流场的影响.结果表明：压煤开采引发的最大地面塌陷范围距离大坝约5 km,不会影响大坝的安全运行;＂两带＂发育高度最大为85 m,防水安全煤（岩）柱留设合理,不会引发库区水体渗漏;压煤开采引发的库区渗流场变化很小,不会对大坝安全造成影响.     

堰塞体溃决离心模型试验供水系统关键技术研究

堰塞体溃决洪水洪峰流量及洪水时程曲线特征的预测是堰塞湖应急抢险及下游风险控制方案制订的重要依据。堰塞体溃决的离心模型试验,在研究堰塞体溃决机理、溃决过程及溃决洪水的历时曲线特征方面独具优势,但离心模型试验供水系统的设计,涉及到从外部静止状态到高速旋转状态的模型中连续供水,同时还要保证堰塞体溃决过程中上游水位为设定的常水头,是堰塞体溃决离心模型试验中的关键性的一大难题。本文围绕以上难题,设计了一种环形水箱以解决从静态到动态模型的连续供水问题,通过理论分析,确定了环形水箱中可提前注入的最大水量。另外在试验箱设置了竖井式溢流口,可以排出高出设定常水头的水体,保证了上游水位的稳定。通过以上设计有效地解决了供水系统中的关键难题,并在后续堰塞体溃决离心模型试验中得到了验证。     

软岩隧洞可缩性U型钢支架压缩量研究

以深埋软岩输水隧洞为工程背景,研究了钢支架压缩量的计算方法,提出软岩隧洞钢支架压缩量的控制标准。借助数值软件进行U型钢支架压缩量影响因素的定量分析,研究表明:(1)压缩量设计适当的可缩性U型钢支架既能满足深埋软岩隧洞支护"高阻让压"的需要,以保持围岩稳定,又能合理释放掉部分原岩应力,改善衬砌的应力应变状态;(2)确定钢支架压缩量设计值,可根据隧洞支护结构受力状态和围岩塑性区半径划定范围后综合判定;(3)隧洞埋深和围岩类别不仅对U型钢支架压缩量的影响很大,还一定程度上影响钢支架缩动收敛时间,岩体类型和隧洞洞型对U型钢支架压缩量也有较明显的影响。     

龙口水利枢纽厂房坝段深层抗滑稳定分析

采用二维有限差分程序对龙口水利枢纽混凝土重力坝厂房坝段进行深层抗滑稳定分析,采用强度折减方法,根据特征点位移突变临界破坏判据和止水帷幕部位夹层错动量达到1mm临界破坏判据分别得出了厂房坝段的两个深层抗滑稳定安全系数。分析结果认为采用夹层错动量达到1mm作为强度折减法临界破坏判据更适合该工程。厂房坝段基本组合深层抗滑稳定安全系数偏小,应采取一些加固措施。     

用DDA 方法验证倾倒边坡变形的制动机制

倾倒边坡通常发育一组反倾坡向的结构面,其破坏形式主要表现为倾倒岩柱旋转弯曲折断破坏。一旦岩柱产生旋转,岩柱倾角随之变化,阻止其进一步翻转的摩擦力也将增加,随着倾角的变化,逐步使岩柱侧面的棱与面接触转换为连续的面接触,倾倒变形会随之停止,由失稳状态重新回到稳态。本文用非连续性变形分析方法DDA对Hoek经典倾倒例题进行验证,模拟了倾倒变形使岩柱产生旋转和张开裂缝,从初始岩柱间面与面接触转化为棱与面接触,再回到面与面接触,最终重归稳定的全过程,初步讨论了倾倒变形的制动机制。