隧道衬砌开裂机理及加固措施研究

黏性土具有可塑、膨胀和收缩等显著特点,易诱发衬砌开裂破坏。结合具体工程案例,对隧道仰拱破检段进行含水率试验和钎探试验以及钻探验证,得到了黏性土层承载力强度、含水率大小及分布情况,初步总结了衬砌裂缝特征规律。根据监测数据和数值模拟综合分析结果,分析了裂缝的形成机理并验证了裂缝特征规律。结果表明:仰拱底部软弱层与隧道沉降和仰拱开裂的相关性非常显著;仰拱底部软弱层易导致隧道发生不均匀沉降;横向的不均匀沉降易导致仰拱填充层出现斜向、纵向裂缝;纵向的不均匀沉降易导致二衬出现环向裂缝。根据研究结果针对性地提出了加固方案,并设计了注浆孔注浆类型、方式和钢化管的尺寸、间距和排列方式。现场结果反馈表明,加固措施具有良好的加固效果。     

煤层采空区对隧道稳定性影响及处治技术

对白岭煤矿采空区沉降进行计算预测,并建立模型模拟白岭煤矿采空区及隧道沉降,结合急倾斜采空区的治理技术进行了分析。采空区注浆加固前后,隧道最大沉降分别为17.9 cm和7.32 cm。华蓥山隧道出口采空区影响段现场监控量测结果显示:治理技术方案实施30 d后,监测断面周边收敛和拱顶沉降累计变形值均未超过30 mm。实践证明,利用注浆加固加大采空区围岩强度,同时配合超前中管棚支护,在公路隧道中有很重要的应用价值。为后续隧道采空区施工提供了处理经验。     

采空区拉伸裂隙带加固技术研究

针对凤凰山火药库受到采空区拉伸裂隙带的扩展而出现不均匀沉降的问题,通过分析凤凰山采空区拉伸裂隙带的变形特征,提出了"袖阀管注浆封堵导水裂隙通道降低地层渗透系数+钢管桩插入稳定基岩提高摩阻力"联合加固方案,施工结果表明:该加固方案不但能有效降低裂隙岩土体的渗透系数,保证火药库安全运行,而且克服了采空区注浆充填治理方法工程投入大,经济效益不明显的缺点,为类似采空区拉伸裂隙带加固工程提供参考。     

市政工程采用浅埋暗挖法有关问题的探讨

采用浅埋暗挖法进行市政工程施工,开挖防坍环节应重点关注缩小开挖断面、超前支护、水的治理及尽早取得地质超前预报和监控量测资料,以便及时修改设计,指导施工.控制隧道结构整体下沉,可采取增加仰拱的喷射混凝土厚度,加大支撑面积;边墙与仰拱的回填注浆加固;改变断面型式等,如将平仰拱改为曲仰拱,或做大边墙脚,改善结构的内力分布等.通过对建筑物沉降观测,绘出建筑物沉降曲线,回归分析预估沉降极值,据此调整施工方案,控制地表下沉.     

下穿壁式采空区隧道施工力学及变形规律研究

以巴准铁路敖包沟隧道为依托,基于MIDAS-GTS软件,采用摩尔-库伦弹塑性模型,对壁式采空区开采过程和隧道下穿采空区施工过程中围岩应力分布和变形分布进行数值模拟,探讨二者相互影响。研究表明隧道下穿壁式采空区时,煤层开采使采空区底板下一倍开采长度范围内围岩垂直方向出现拉应力区;隧道开挖应力释放使隧道拱顶围岩拉应力区向上发展与底板拉应力区贯通,易造成隧道拱顶上部岩体受施工扰动而破坏;隧道下穿壁式采空区施工引起采空区底板与顶板竖向位移增大,造成三倍开采长度范围内地表沉降;并且隧道拱顶受采空区底板变形的影响是引起失稳的主要原因。     

河床下伏采空区岩移规律及治理方案研究

将有限元数值计算应用于西石门铁矿河床下伏采空区地表沉降规律的研究。对比钻孔资料可以认为,该方法能有效预测矿体采动引起的地表沉陷范围和发展趋势。在预测分析的基础上,从采空区充填、浅部裂隙注浆和表层封闭3个层次治理河床及下伏采空区,并通过数值计算验证了整理方案的有效性。     

基于AHP法的采空区底板破坏范围最大影响因素辨识与分析

为了更加准确探究一般情况下采空区底板破坏范围最大影响因素，以邵寨煤矿2201工作面为背景，采用层次分析（AHP）和数值模拟的研究方法对采空区底板破坏范围最大影响因素进行辨识与分析。首先基于滑移线场理论及底板屈服破坏深度公式分析采空区底板破坏特征，初步判断底板破坏范围主控因素；其次基于AHP法建立采空区底板破坏范围层次综合评价模型，通过定性指标模糊量化方法计算采空区底板破坏范围主控因素权重并做重要度排序比较，辨识确定出煤层采高对底板破坏范围影响最大；最后利用FLAC3D数值模拟来验证采高对该矿采空区下底板破坏范围影响程度的显著性，通过设计不同采高下工作面回采的模拟方案来分析采空区底板应力分布及位移变化情况。     

铁路隧道下伏煤矿采空区稳定性分析

针对铁路隧道下伏采空区严重危害铁路路基的稳定和正常运营的问题,通过对隧道下部采空区调查,分析了铁路隧道下部采空区情况,并对采空区进行了稳定性数值模拟分析,采用概率积分法对采空区地表移动与变形值进行预计与评价。研究表明:铁路隧道路段下伏采空区稳定性属于不稳定类型,对拟建的铁路隧道将产生一定的危害,必须采取相应的工程治理措施。     

隧道近距离下穿含水采空区施工方案及安全性评价

如何近距离下穿含水采空区是隧道修建过程中面临的一大难题。以成自宜高铁白云山隧道为背景,对隧道近距离下穿含水采空区的掘进和支护方案进行介绍,并通过FLAC3D软件构建白云山隧道及上部含水采空区数值模型,进行隧道施工模拟和各施工阶段隧道稳定性及渗流特征分析,并对隧道安全性做出评价。研究表明：为确保白云山隧道能近距离安全下穿含水采空区,应同时采取超前地质预报、超前小导管注浆、注浆加固等多种特殊施工工艺;隧道区域因受上部采空区开采引起的较大应力和位移影响而具备一定施工危险性,施工过程中采取的合理掘进及支护手段能保证围岩及衬砌的位移、应力、塑性区均处于较低水平,隧道施工稳定性得以保障;隧道施工区域会受上部近距离采空区积水渗透影响而存在涌水隐患,隧道施工过程中采用的超前小导管注浆及采空区注浆加固措施效果良好,掌子面、注浆圈及衬砌孔隙水压力均较小,隧道不存在涌水危险。     

特厚煤层分层开采下伏煤层应力分布及破坏特征研究

对于特厚煤层分层开采,掌握煤层开采后下伏煤层应力分布及破坏特征能够为精准判定采空区瓦斯富集区提供一定理论依据。因此,为厘清倾斜特厚煤层下伏煤层应力及塑性破坏区的分布特征,开展了不同煤层倾角工作面回采的数值模拟计算。首先基于采空区压实理论,获得了采空区垮落岩体的应力-应变关系,进而通过迭代反演确定了破碎岩体的岩体力学参数。在此基础上,通过数值模拟计算及分析,得到了煤层倾角变化对下伏煤层应力分布及破坏特征的影响规律。结果表明:在采空区底板范围内,随着煤层倾角增大,采空区应力恢复"O"形圈不再以采空区中部走向线对称分布,而向倾向下部偏移。沿倾向,在采空区的上下两端,侧向应力集中系数均随煤层倾角增大而减小,但倾向上端侧向应力集中系数始终小于倾向下端侧向应力集中系数。沿走向,在工作面底板,超前支承应力集中系数随着煤层倾角增大而增大。最后,通过分析下伏煤层塑性破坏区的分布可知,工作面以及倾向上下端底板煤体内的塑性破坏深度均随着煤层倾角增大而增大,但倾向上端底板破坏深度始终小于倾向下端底板破坏深度;采空区底板最大塑性破坏深度所在位置逐渐远离采空区中部,向倾向下端偏移。     

采空区对地表窑洞稳定性的影响研究

煤矿开采必然会引起地表建筑物的沉降变形,若沉降量超出规定范围,将会导致窑洞的变形破坏。为分析采空区对地表窑洞稳定性的影响,本文利用FLAC3D软件,研究了地表窑洞受采空区影响时的沉降变形与破坏规律。结果表明:窑洞受采空区影响时,从拱顶至底部沉降量逐渐减小;窑洞沉降量随开采厚度和工作面推进度的增大而增大,但随开采深度的增大而减小;窑洞位于采空区中央正上方时沉降量最大,而位于采空区边界上方时,窑洞的不均匀沉降最明显;煤矿开采后及时填充,可利于提高窑洞稳定性。本文结论为研究采空区对地表建筑物的影响提供了参考。     

铁矿床滞留采空区充填治理顺序优化方法

结合典型矿山滞留空区现状,采用现场调研与数值分析结合的方法,反演矿山滞留空区形成过程,在分析围岩的力学响应规律的基础上,提出了以采空区围岩应力集中等级和地表变形影响程度为主要评价因素的铁矿床滞留采空区治理顺序优化方法。得出结论：①各水平空区的形成过程中地表沉降变化明显,由开始的局部小面积沉降发展到后期的成片大区域陷落区,空区正上方位移变化最大,沉降值范围12.8~162 cm。②各水平空区围岩以压应力为主,最大值发生在空区边帮位置,暴露面积大的空区围岩出现了拉应力,应为优先处理的对象。③提出的铁矿床滞留采空区治理顺序优化方法,对金属矿山地下滞留采空区的治理、矿柱回收、深部开采方案的制定及安全生产具有重要的指导意义。     

新建楼下伏采空区的稳定性数值分析

以唐山古冶分公司新建11^#楼下伏采空区为例，采用离散元方法程序3DEC对采空区上方建筑物的稳定性进行数值分析。根据勘查获得采空区分布范围和采空区岩层信息，运用由整体到个体的方法建立3D计算模型，分析不处理和处理情况下采空区的稳定性。通过模拟计算，在不处理的情况下，监测点沉降量约为20 cm；在模拟注浆充填体的物理特征来处理采空区的情况下，监测点沉降量约为3.5 cm。模拟结果表明，采空区处理后，沉降量在建筑物允许沉降范围之内，为施工采取相应措施提供了理论依据。     

采动影响下陷落柱突水治理与效果评价

为了减少陷落柱对煤矿生产安全的危害,以某矿3103工作面为工程背景,提出挤密劈裂注浆加固技术,采用UDEC方法模拟采动影响下注浆前后陷落柱塑性扩展及应力分布过程,并结合现场实践观测陷落柱注浆治理情况。结果显示,在采动影响下,采空区两侧及顶底板区域都形成了明显的岩层破坏,陷落柱内部塑性区在左侧边界处发育高度最大,陷落柱内部塑性区发育范围及破坏程度大于完整地层,但是通过对比注浆段发现并未形成明显塑性破坏区域,注浆效果对阻止岩层破坏有一定的作用;垂直应力发生改变并重新分布,在采空区位置形成应力卸压区,在采空区两侧形成应力集中区,应力变化区域并未影响到陷落柱边界及内部,故此时对陷落柱的影响较小;与未注浆对比分析,陷落柱注浆段应力变化更小,说明注浆对陷落柱内部岩体起到了一定的加固作用。现场实践结果表明,浆液将陷落柱大部分空洞、裂隙充填满,浆液形成网络骨架将陷落柱冒落的煤岩体黏结在一起,注浆效果良好。     

选煤厂下伏多层倾斜煤层采空区稳定性评价与治理技术研究

介绍了目前煤炭采空区地基稳定性评估与治理技术的研究现状。研究分析了承德兴隆矿业有限责任公司选煤厂的建（构）筑物和采空区概况,需评估采空区的存在对建构筑物的建设和使用的危险性,通过计算分析建筑物荷载影响深度与裂缝带发育高度之间关系,确定了需要治理的煤层采空区,并进行了采空区的治理设计,最后通过钻探等检测手段说明实际注浆效果较好,说明采空区评估与设计方案较好地指导了本次采空区注浆治理工程施工。     

深部大倾角煤巷底鼓控制技术研究

针对西北矿区侏罗系煤巷底鼓量大且变形速度快的问题,以靖远煤电公司王家山煤矿中二401回风平巷为研究对象,采用理论分析、FLAC3D数值模拟、松动圈现场测试、现场监测等技术方法,对其巷道围岩的地质特点及底鼓原因进行了研究,提出采用反底拱配合锚注加固的底鼓控制方法.研究结果表明:401回风平巷底板岩层为典型的侏罗系偏软岩层...     

基于FLAC~(3D)的采空区注浆加固数值模拟研究

采空区结构复杂,易受外界因素影响发生失稳变形,在其上方兴建建筑物时为确保安全必须进行地基稳定性评价,根据评价结果采取相应的处理措施。由大量国内外工程实践可知,注浆是改良软弱地层和破碎地基的有效方法,是保证地下工程和地面建筑物安全运行的可靠手段。对采空区注浆加固机理、加固模型以及数值模拟中应注意的问题进行了较深入的分析,并以实测工程参数为依据,结合FLAC3D软件,从沉降变形、垂向应力的角度对采空区注浆加固问题进行了分析研究,为相关问题的施工与设计提供一定的借鉴。     

下层采空区跨度对采空区顶板稳定性影响分析

针对齐大山北采区发现的双层采空区,为了分析其稳定性受采空区空间结构的影响规律,在双层采空区正上方进行不同下层采空区跨度的爆破数值模拟试验;在下层采空区的跨度由20m增大到30m的过程中,分析了下层采空区顶板中部与两侧的节点峰值振速和单元有效应力,发现下层采空区顶板中部受爆破荷载扰动较大;计算下层采空区顶板的剪切安全系数和拉裂安全系数,发现下层采空区跨度增大,其顶板稳定性减弱。     

某实测采空区的稳定性综合分析

为了获得更可靠的采空区稳定性分析数据,采用三维激光探测仪对某采空区进行探测,准确地获取了空区的三维形态及分布状况,并结合三维矿业软件Surpac建立了空区的实际模型。在此基础上,通过耦合技术用FLAC^3D对其进行力学模型的数值分析,最后结合现场布设的光弹应力计监测结果与数值模拟进行比对,两者结合起来对该空区稳定性进行综合的分析与评价,为矿山后续安全生产和管理提供科学的理论依据。