安太堡露天煤矿排土场基底黄土力学特性试验研究

为了研究黄土基底排土场破坏机理,对安太堡露天矿排土场基底黄土进行了孔隙压力消散（围压分别为100,200,300和400 kPa）、固结不排水剪（不同围压、三轴或剪切强度）和含水量力学特性试验研究,结果表明：基底黄土孔隙水压力消散度随围压的增大而减小,消散系数随含水量的增大而增大,且呈现低围压脆化破坏现象,土体剪切强度随着含水量的增加而大幅度下降。该试验成果在安太堡矿南排、西排,准格尔黑岱沟矿北排、西排及外排等排土场边坡治理中得到了合理有效地应用,并产生了良好的经济效益和社会效益。     

基于孔隙水压力消散的排土场边坡动态稳定性研究

为克服现有黄土基底排土场稳定性计算方法的局限性及控制技术针对性不强或量化困难的问题,通过基底黄土孔隙水压力消散试验,得到了孔隙水压力及消散度与消散时间之间影响规律;基于极限平衡法和孔隙水压力消散规律,提出了黄土基底排土场动态稳定系数计算方法;基于该算法,对原有静态的黄土基底排土场稳定控制措施进行优化,提出了"分段排土,控制强度,分区推进,调整程序,监测监控,增大容量"动态稳定控制措施。该成果已于同类型排土场中得到良好的应用与推广。     

围压效应下煤岩强度及破坏特征的数值模拟

为了研究围压对煤岩强度和破坏特征的影响,对围压效应进行了理论分析,并利用FLAC2D模拟不同围压下煤岩的破坏情况。研究表明:煤岩极限破坏强度随围压的增大而增加,二者之间呈非线性关系;煤岩的轴向应力也随围压的增大而逐渐增大,应力区呈锥形和倒锥形分布,锥角大约为60°煤岩的切应力也随围压的增大而逐渐增大,剪切带也逐渐增大,从单重剪切发展到多重剪切;煤岩破坏的角度随围压的增大而逐渐增大;在没有围压时,煤岩外表面更容易达到塑性屈服状态;围压增大后,煤岩屈服后的塑性强化效果显著,符合幂次强化模型;煤岩的屈服极限也随围压的增大而逐渐增大。     

伊犁一矿砾石土三轴渗透试验研究

为了探寻伊犁一矿砾石土级配、初始孔隙比和水头压力对渗透系数的影响,利用多功能静动三轴试验机室内试验方法,进行不同级配、初始孔隙比和水头压力的砾石土渗透试验研究.试验结果表明:①伊犁一矿砾石土渗透系数k和初始孔隙比的关系是,渗透系数k随着初始孔隙比e0的增大而增大;②渗透系数k也随着水头压力的增大而增大,同时渗透系数和水头压力具有线性的关系;③在相同的水头压力下,渗透系数k随着围压σ3的增大而减小.研究结果,为伊犁一矿井筒渗流稳定分析提供更加合理的计算参数.     

三轴压缩条件下煤岩力学特性及破坏模式

为探究三轴应力环境下某矿区煤样的力学特性及破坏模式,设置围压梯度为0.2、0.4、0.8、1.1、2.0、3.0 MPa,采用电-液伺服试验系统开展室内三轴试验;对试验数据拟合分析,建立峰值抗压强度、弹性模量与围压关系表达式;对煤样破坏特征分析,讨论施加围压大小对煤样试件不同破坏模式的影响程度。结果表明:峰值抗压强度和弹性模量随围压增大呈递增趋势;且峰值抗压强度和弹性模量的增幅随围压增大呈现出先增大后减小的变化规律;峰值抗压强度与围压呈对数函数分布规律;而弹性模量随围压增大呈指数函数形式递增。随着围压增大,煤样破坏形式可能表现为拉伸-拉剪(拉伸主导)-拉剪(剪切主导)-剪切的破坏模式。     

三轴压缩下茅口灰岩围压效应的试验研究

针对南方广泛存在的茅口灰岩,利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下三轴压缩试验,通过拟合分析,结果表明:(1)三轴抗压强度随着围压的增大,且呈线性增长;低围压条件下,茅口灰岩弹性模量随围压增大而增大,围压超过17 MPa,弹性模量趋于稳定;泊松比随围压增加成二次非线性增长趋势.(2)低围压条件下,岩样扩容率较小时即发生脆性破坏,体积应变扩容率随着围压的增大而提高;围压为12 MPa,岩样由脆性向延性转化,围压加至17 MPa,岩样表现为延性流动.3)随着围压的逐渐增加,岩样破坏方式趋于简单,由侧向剪切破坏逐渐转为对角剪切破坏,破坏角增大.     

应力场、温度场、声场作用下煤层气的渗流方程

采用自制的可控声震法煤层气渗流实验系统,研究了不加声场和加声场作用下煤样的渗透特性,研究得出：在不加声场作用下,当矿压、孔隙压力、温度一定时,在煤样应力应变曲线的初始压密阶段和弹性阶段,渗透率随轴向有效应力的增大而减小。在应变硬化阶段,渗透率随轴向有效应力的增大而增大,临近试件破坏时,渗透率骤增;在不加声场作用下,当轴向应力、孔隙压力、温度一定时,煤样渗透率随有效矿压的增大而减小,且呈负指数关系;在声场作用下,当轴向应力、矿压、孔隙压力、温度一定时,声场作用能提高煤样的渗透率,且渗透率随作用时间的增长而增大。在实验研究成果的基础上,建立了应力场、温度场、声场作用下煤层气的渗流方程     

水压、围压、浸泡时间对煤体含水率影响的试验研究

通过注水压力、围压、浸泡时间对煤体含水率的试验研究,得出结论:煤体含水率随水压的增加而增大;但含水率随水压的增加呈非线性关系.围压与水压的影响相反.在水压相同的情况下,含水率随围压的增加呈非线性减少,但是这一规律与煤体在该围压下所处的变形阶段相关.同时,含水率随浸泡时间的延长,其增长趋势逐渐变的缓慢.     

饱水黄土基底排土场地质力学模型试验研究

为了揭示排土场边坡的变形机理和潜在病害的发展规律,采用地质力学模型试验方法,以黑岱沟露天矿黄土基底排土场作为研究背景,完成了分级填筑模拟排土边坡增高过程,并进行了地下水入渗基底软弱黄土层的模拟试验。介绍了饱水黄土基底排土场的相似物理模拟方法,采用底部注水的方式模拟地下水入渗基底软弱黄土层对边坡稳定性的影响,研究了分级填筑、软弱基底以及饱水条件下黄土基底排土场边坡裂缝开展和发育特征以及边坡破裂面的空间形态特点。研究表明,随着排土高度的增加,主要变形由淤泥质黄土上部坡体向临空方向的压剪变形为主,逐渐转变为天然黄土上方坡体竖向沉降为主,并且黄土基底含水量的持续增加会直接引起边坡的破坏失稳,变形模式为后缘依附淤泥质黄土与天然黄土(水坑边缘)分界面的整体滑动。     

灌注桩套管高频振动贯入砂土中孔压性状分析

随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但是关于灌注桩套管高频振动贯入机理,特别是套管贯入引起的超孔隙水压力的研究还不全面。在全面介绍了套管高频振动贯入有限元分析模型的建立过程后,对套管高频振动贯入引起的超孔隙水压力分布规律、变化趋势进行了详细研究。同时,采用正交试验与数值模拟相结合的正交有限元法评价了各因素对孔压性状的影响程度。研究结果表明：套管振动贯入过程中,超孔隙水压力随距套管端部垂直距离、水平距离的增大而减小,且超孔隙水压力幅值随时间逐渐增大,随振动频率增大而减小;套管振动贯入结束后,超孔隙水压力随时间大致呈指数型衰退,且主要沿套管内侧路径消散;影响孔压性状的主要因素为贯入深度和渗透系数。研究结果对套管高频振动贯入砂土中孔压性状分析具有理论和实际意义。