基于岩碴粒径分布规律的TBM破岩效率分析

岩碴的形状、大小及其粒径分布规律是综合反映TBM破岩效率的重要指标,也是TBM掘进参数与岩石性质的重要联系。根据盘形滚刀破岩机制,对TBM掘进岩碴进行了现场量测和筛分试验,获得了TBM岩碴尺寸特征和粒径分布规律。在此基础上,对实测岩碴尺寸和粒径分布数据进行了统计分析和理论分布函数拟合。分析了粗糙度指数与岩石强度、岩石耐磨性的关系,探讨了不同围岩等级下粗糙度指数随掘进推力的变化规律。研究结果表明:①片状岩碴的长轴与短轴之比约为1.5,而长轴与厚度之比则差别较大,其长轴、短轴和厚度均服从正态分布;②不同岩性条件下岩碴粒径分布均符合Rosin–Rammler函数分布;③岩碴粗糙度指数越大,TBM破岩效率越高;硬岩条件下岩碴粗糙度指数随单轴饱和抗压强度增大而减小,而中硬—软岩条件下则相反;④无论是软岩还是硬岩,岩碴粗糙度指数随岩石耐磨性增大而减小,岩石耐磨性越强,TBM破岩效率越低;⑤TBM破岩效率与围岩等级密切相关,可根据现场实测岩碴粒径分布规律,确定Ⅱ级和Ⅲ级围岩条件下TBM破岩效率最佳时的掘进推力区间。     

盘形滚刀切割岩碴粒径分布规律研究

 岩碴大小及粒径分布是联系机械掘进参数与岩石性质的重要指标。依据盘形滚刀切割岩碴形成机制,分析岩碴尺寸组成及形成特点。基于现场掘进试验,按不同岩性和掘进机不同推力水平,分组获取岩碴试样,对其进行尺寸量测与筛分试验,取得大量的岩碴尺寸数据,并运用概率统计理论对泥岩、砂岩的岩碴尺寸进行分布拟合检验;随后对实测岩碴粒径分布进行计算并与理论分布模型(对数正态分布函数和Rosin-Rammler分布函数)进行对比分析。在岩碴尺寸分布、粒径分布及其与机械参数的关系等方面取得一些有益的结论,对改进掘进机设计及提高掘进效能具有一定的参考意义     

优化隧道光面爆破参数 减小洞碴粒径

介绍了中条山隧道在保证隧道光面爆破的前提下,通过优化爆破参数减小洞碴粒径,最终达到了85%的洞碴粒径小于40 cm,使洞碴粒径直接符合了路基填料要求的目的,同时缩短了出碴时间。     

大直径超长桩嵌入硬质岩与嵌入软质岩加高压灌浆的承载力分析比较

在硬质岩埋藏较深地区,大直径超长桩嵌入软质岩加高压灌浆可提高承载力,减少沉降量。因此不必盲目加大嵌入硬质岩深度。本文通过一工程的两组试桩对比资料进行探讨。     

石碴料在填筑高路堤中的应用

不易风化的块石碴料(下称碴料)是填筑路堤的良好填料,已为越来越多的工程技术人员所接受。但是由于这种碴料只能在石山开采时获得,所以在道路工程中不便普遍采用。只有当这些填料成为其它工程的弃料时,才得以运用。另外目前现行的路基设计、施工规范对这种填料的规定不够详尽,尤其对施工过程中的质量控制标准尚无明确规定。也是这种填料用得不多的原因。作者通过深圳机场立交工程采用碴料填筑高路堤的实例,提供参考     

基于硬脆性岩石特征粒径的锥齿滚刀最优钻压分析

为提高反井钻机锥齿滚刀对硬脆性岩石的破岩效率,需要得到最优钻压,分析岩碴粒径是研究反井钻机锥齿滚刀最优钻压的重要手段。采用直线破岩试验方法,使用锥齿滚刀破碎硬脆性大理岩试样,并通过Rosin-Rammler分布函数对岩碴粒径分布情况进行分析。通过对比多个钻压下岩碴粒径分布的累计概率曲线、特征粒径以及比能,得到钻压与岩碴特征粒径分布规律、特征粒径与比能的关系。当特征粒径最大和比能最小时,分别得到大理岩试样的最优钻压为34.45 kN和35.19 kN,因此最优钻压约为35 kN。据此,建议在实际应用中可将钻压设为35 kN。还分析了在相同钻压下,采用锥齿滚刀破碎硬脆性大理岩和花岗岩时的粒径分布关系,分析得到两种单轴抗压强度岩碴的特征粒径。研究结果表明特征粒径能够反映锥齿滚刀的破岩效果;硬脆性岩石的破碎过程符合黎金格的新表面说,特征粒径与比能呈近似反比关系;在一定钻压范围内,相同钻压下花岗岩特征粒径均大于大理岩,且特征粒径差距随钻压增加而增大。     

红砂软岩作为铁路工程路基填料的可行性研究

本文验证了红砂软岩作为铁路工程路基填料的可行性,为指导后续铁路工程建设软岩路基填料提供可靠的依据。     

基于ABAQUS的TBM刀盘溜碴过程仿真

溜碴性能是影响大直径硬岩隧道掘进装备(TBM)施工效率的关键之一。本文首先从理论上分析了单个石碴在TBM刀盘上的溜动过程,再基于ABAQUS二次开发建立参数化的数值仿真模型,将数值仿真结果和理论分析进行对比验证,最后对不同溜碴板角度、刀盘转速等参数下的溜碴过程进行了数值模拟,为TBM刀盘溜碴结构的优化设计提供了依据。     

钢碴地基上建房的实例

钢碴是钢铁工业的废料,它具有很强的膨胀性。上海宝钢采用钢碴桩,利用其膨胀性能加固软弱地基获得了成功。在我市以钢碴代替粘土作回填料,或用作新填地基,由于对其膨胀性能和影响认识不足,技术措施不力,不少工程曾出现问题,地面起鼓、地圈梁断裂外移或墙体开裂倾斜,造成工程拆除、加固,或挖掉回填的钢碴。但     

硬质沥青与岩沥青改性沥青高模量混合料路用性能对比试验研究

通过针入度、软化点、延度、弗拉斯脆点和沥青旋转薄膜加热(RTFOT)试验对比分析了8%掺量的伊朗岩沥青改性沥青与30号硬质沥青的路用性能;通过试验对比分析基于高模量沥青混凝土(EME)和高性能沥青路面(Superpave)级配的伊朗岩沥青改性沥青与硬质沥青高模量混合料的路用性能。结果表明:8%掺量的伊朗岩沥青改性沥青与30号硬质沥青的高温、低温性能基本相当,伊朗岩沥青改性沥青的耐久性更好;伊朗岩沥青改性沥青和30号硬质沥青分别制备的EME混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能相差不大,而伊朗岩沥青改性沥青EME的抗水侵害能力和抗疲劳性能更佳;伊朗岩沥青改性沥青和30号硬质沥青分别制备的Superpave混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能相当,伊朗岩沥青改性沥青Superpave的抗水侵害能力更强。     

高速远程滑坡裹气流态化动力学特性实验研究

 为定量化揭示高速远程滑坡在裹入气流作用下的动力学特性,以高速远程滑坡裹气流态化运动特性实验成果为基础,运用自行设计的水平圆环式旋转剪切流变装置,开展一系列环剪实验,获取碎屑流在不同裹入气流作用下的动态抗剪强度参数。结果表明：(1) 碎屑流运动过程中,气体的裹入,可起到明显的减阻作用;(2) 在碎屑流的整个运动过程中,随着时间的推移,碎屑流与环盖间剪切力并非一恒定值,而是呈现出忽高忽低的波动性演化特征;(3) 随着碎屑流受剪时间的增长,碎屑流与环盖间剪切力值整体呈略微增长的趋势,且剪切速率越大,该趋势越明显。     

河北保定阜平县城地质灾害分布及影响因素

河北保定阜平县城位于山区,地质环境条件较为复杂,地质灾害时有发生,研究地质灾害分布规律及影响因素对阜平县城未来规划建设具有重要意义。通过资料分析与实地调查,阜平县城及周边地质灾害点共16处,其中泥石流4处,滑坡5处,崩塌7处,发育规模以小型为主。崩塌、滑坡主要分布在构造剥蚀地貌与河谷平原地貌接触部位、风化强烈的坚硬层状变质岩体中,泥石流主要分布在矿山地段。研究区地质灾害的形成的基本条件是地形地貌、岩土体类型及风化程度等因素,降雨、地震和人类工程活动是地质灾害形成的重要影响因素。     

饱和状态下硬岩三轴流变变形与破裂机制研究

利用岩石全自动流变伺服仪对饱和状态下坚硬大理岩和绿片岩进行了三轴压缩流变试验,基于得到的硬岩三轴流变试验结果,研究了硬岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,从而为岩石工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的试验依据。然后研究了硬岩轴向变形与侧向变形之间的关系,探讨了围压与粒径对岩石轴向以及侧向变形特性的影响规律,分析了岩石三轴流变过程中的塑性变形特性,讨论了流变应力水平对岩石侧向-轴向变形特性的影响规律。最后对不同围压作用下岩石流变破裂断口微细观特征进行了分析。     

高性能计算技术在岩石力学课程教学中的应用

岩石力学是一门实践性很强的课程,工程实例、实验模型和理论模型的结合将直接影响课程的教学效果。介绍了把基于高性能计算技术的软、硬件平台应用于岩石力学教学的情况,拓宽了传统实验教学中的实验对象,实现了对工程实例、实验模型和理论模型的精细数值表征;通过鼓励学生自发设计模型进行数值模拟分析,激发了学生的思维能力和创造性,有利于学生理解和掌握教学内容。在高性能计算机日益普及的形势下,对国内高校岩石力学教学提供了有益的参考。     

硬质岩石卸荷破坏特性试验研究

 对硬质灰岩进行加轴压、卸围压试验,研究卸荷应力路径对其力学性质的影响,结合试验数据分析5种强度准则描述岩石卸荷破坏的适用性。Mohr-Coulomb强度准则和Hoek-Brown强度准则回归效果较差,考虑中间主应力影响的Drucker-Prager强度准则和Mogi-Coulomb强度准则回归效果较好,并且Mogi-Coulomb强度准则回归效果优于Drucker-Prager强度准则,抛物线型强度准则对高围压下的试验结果回归较好。岩石卸荷破坏发生强烈的体积扩容,从描述体积应变变化的角度对岩石卸荷破坏本构模型进行修正,理论模型结果与试验结果吻合较好。     

大理岩硬性结构面剪切蠕变及粗糙度效应研究

 针对锦屏二级水电站地下洞室富含节理的实际情况,利用双轴蠕变仪对大理岩硬性结构面进行剪切蠕变试验。通过对大理岩硬性结构面表面的量测,采用平均粗糙角描述大理岩硬性结构面表面粗糙度情况;分析不同粗糙度情况下岩样剪切位移与时间的变化规律。结果表明,粗糙角大的岩样瞬时变形要小于粗糙角小的岩样。此外,试验在较低的应力水平下,岩样蠕变变形表现为衰减蠕变和稳态蠕变,但当剪应力水平达到某一应力水平时,岩样在极短时间内迅速破坏,未出现加速破坏阶段,因此,利用大理岩剪切蠕变试验数据对标准线性体剪切蠕变模型进行辩识,得出各岩样的剪切蠕变模型参数,通过由模型参数得出的拟合曲线与试验曲线比较知采用标准线性体模型是合理的。最后分析各大理岩岩样的平均粗糙角与剪切蠕变模型参数的变化规律。     

公路隧道预设计中系统锚杆配置范围的研究

目前工程类比法被广泛的应用于公路隧道工程设计中,然而部分工程类比的系统锚杆设计与人们在不断的探索与大量的实践中认识到的规律存在较大的分歧与矛盾。分别对公路隧道系统锚杆在硬岩、软岩以及松散土砂中的作用机理和主要作用效果进行研究,并以此为依据,得出不同的研究结论:①在块状硬岩与水平走向的层状硬岩中,锚杆主要为悬吊和缝合固定的作用,分别以提高围岩的内摩擦角和组合梁效应为作用机理,并提出在硬岩中系统锚杆采用局部设置和拱部设置的设计方案;②软岩中系统锚杆以注浆加固、形成承载拱为主要目的,以提高围岩的内聚力,降低承载拱高度为作用机理,并提出在软岩中系统锚杆应在除仰拱外的全断面设置的设计方案;③土砂围岩中,拱部覆土多为不稳定土体,且塌落高度较大,锚杆应以锁脚和稳定掌子面为主要目的,设计方案应以加强支护结构为主,取消或减少拱部系统锚杆,以降低工程造价和尽早地闭合支护结构。     

高寒地区废石破碎胶结充填体强度特性试验研究与工业应用

 胶结充填技术逐渐应用于低温高寒资源开发中,同时会产生充填体强度过低、塌方、冒落等一系列难题。以某金矿寒区开采为背景,通过试验对比,综合研究养护温度、水泥掺入量及料浆浓度对充填体性能的影响。在实现自流输送前提下,确定合理的废石破碎胶结充填配合比及养护温度。结果表明：与铁矿尾砂充填相比,采用废石破碎胶结充填具有明显优势,料浆浓度可以达到75%;低温阻碍了水泥水化反应的进行,养护温度越高,单轴抗压强度越大,提高养护温度有利于充填体强度的提升;养护温度对充填体早期强度影响较大,后期相对较小。提出废石破碎胶结充填拌合水预加热方案,并进行现场工业试验,为寒区矿山废石充填提供理论基础和技术参考。     

坚硬顶板水压致裂控制理论与成套技术

煤矿坚硬顶板具有硬度大、整体性好、分层厚度大等特点,导致诸多围岩控制与安全难题。水压致裂可改造顶板岩体结构,控制工作面顶板的冒落;提出坚硬顶板水压致裂控制的理论与成套技术框架。采用真三轴实验系统等研究揭示水压裂缝的扁椭球体典型形态和空间转向扩展形态,给出围压主应力差、排量、层面与原生裂隙等对水压裂缝扩展的影响规律,考虑围岩的应力应变状态与控顶效果,阐明定向压裂临空坚硬悬顶的断顶线位置适当内错煤柱的原理。给出采动岩体水压致裂的时空关系及确定方法。针对裂缝形态的控制要求,提出定向水力割缝致裂等系统的控制致裂方法,在此基础上研制煤矿井下高压(60 MPa)水压致裂的成套装备。针对不同类型工程特点,控制水压主裂缝扩展、翼型裂纹扩展和吸水湿润作用,使顶板及时充分冒落,实现围岩弱化、应力转移、诱导矿压破煤等功能。研发了工作面端头悬顶、切眼及中部坚硬顶板、坚硬顶煤弱化、综放面初采瓦斯、临空巷道冲击地压和大变形等控制成套工艺技术。成套技术与装备已在大同矿区、神东矿区等推广应用。与传统爆破弱化顶板相比,水压致裂弱化顶板管理简单、扰动小、安全性高、工程量少、作用范围大、控制距离远,且经济成本不到其1/10,在深部开采中更具有优势。