横洞施工对新建隧道主洞及既有隧道变形影响分析

近接工程中横洞开挖施工势必会对新建隧道及既有隧道的衬砌结构造成不同程度的影响,开展横洞施工影响研究对评价新建隧道及既有隧道的安全性具有重要意义。该文依托某工程案例,采用三维有限元数值模拟方法分析横洞开挖施工对新建隧道及既有隧道衬砌结构变形的影响,并进一步分析不同净距条件下横洞开挖施工对既有隧道衬砌结构变形的影响规律,最后结合现场监测数据进行对比验证。结果表明,横洞开挖施工会造成新建隧道衬砌结构不均匀沉降和侧壁外扩并引起既有隧道拱顶隆起和拱腰收敛,不同净距条件下横洞开挖施工对既有隧道衬砌结构的拱顶沉降和拱腰收敛的主要影响范围在距横洞纵向中心35m内。     

巷道围岩在爆破荷载下的反应谱特征研究

为探究巷道围岩在井下爆破动荷载下的动态响应规律,采用MATLAB对振动测试数据进行处理,将导出的振速、位移、绝对加速度反应谱以及绝对加速度标准反应谱进行深入研究。研究结果表明:爆心距为185m的速度反应谱在周期2s内出现的峰值数多于爆心距为86m,的速度反应谱峰值数,爆心距为185m出现的10Hz以下的谐波分量多于爆心距为86m出现的10Hz以下的谐波分量,爆破作用对爆心距为185m处围岩损伤影响更大;爆心距为185m、阻尼比为0.05时放大系数为1,容易导致围岩的破坏损伤。研究结果对巷道围岩的支护具有指导意义。     

爆破动载对不同龄期混凝土支护体影响的数值模拟

为研究爆破振动荷载对混凝土喷层的影响,以邹庄煤矿南翼胶带上仓斜巷开挖工程为背景,采用动力有限元软件分析了巷道掘进爆破振动载荷作用下喷射混凝土的峰值振速及应力变化特征,结合PPV安全判据比较了不同龄期混凝土的损伤情况。研究结果表明:相同龄期下爆心距越小,其损伤越严重,混凝土喷层严重损伤区域在0~2.5 m;随着混凝土龄期的增加,水泥水化反应的完成,轻度损伤范围逐渐加大,龄期1 d混凝土喷层轻度损伤区范围为2.5~15 m、3 d为2.5~16.25 m、7 d为2.5~16.875 m。     

爆炸荷载作用下岩石介质中大跨度被覆结构动力响应分析

为研究大跨度洞库围岩内常规武器爆炸作用下复合式混凝土拱形被覆的动力响应,利用LS-DYNA有限元程序计算了不同跨度 D 和厚度 h的拱壳结构在不同爆距 H 及爆炸偏角 α 爆炸工况下的结构位移与结构内力时程。结果表明：大跨度拱壳结构动力响应是结构尺寸效应与空间爆炸综合作用效应的结果。同一爆距下,结构上各点的振动周期和动位移峰值随着结构跨度的增大而增大,随结构厚度的增大而减小;同一跨度结构,结构上各点动力响应峰值随爆距加大呈现先增大后迅速衰减的趋势。当爆心位于结构正上方结构跨度 D 为24 m且爆距 H 为4.5 m时,位移及内力峰值达到最大。综合分析各因素影响,给出大跨度被覆结构动力响应峰值的拟合计算公式。     

隧道揭煤区域预测钻孔控制范围研究及应用

隧道穿越煤系地层时,将面临煤与瓦斯突出危险。准确测定煤层突出参数是确保隧道安全、经济生产的重要因素。在隧道大断面开挖应力扰动情况下,研究分析揭煤区域预测钻孔控制范围,确保隧道安全施工具有重要的意义。以宝鼎2号隧道为工程实例,运用理论分析、数值模拟的方法对隧道大断面开挖过程中前方垂距10 m的煤层应力变化规律进行研究,得出煤岩应力场分布特征。推导出隧道揭煤区域预测钻孔竖直方向控制范围距隧道上轮廓线应至少为12 m,距下轮廓线应至少为8 m;水平方向控制范围距左、右轮廓线均应至少为8.5 m。同时,通过对K15+836煤层现场应用,测得原始应力区瓦斯含量远大于应力扰动区,说明原始应力区瓦斯参数指标才能真实准确反映煤层突出危险性。     

长径比对束状炮孔端部裂纹力学特征影响的研究

采用动态焦散线实验方法和损伤破坏数值模拟,对平面模型中束状炮孔端部爆生裂纹 扩展规律和介质中拉／ 压损伤区进行了研究。实验结果表明,随着长径比的增大,爆生裂纹的 扩展长度增大,扩展角度减小,用于产生端部裂纹的爆炸能量增多,有利于炮孔端部区域岩石 破碎。当长径比为５／ ５时,裂纹扩展最大长度为５５ｍｍ,裂纹扩展角约为９０° ;长径比存在一定 值,即当长径比增加到２０（３０／ １５）时,爆生裂纹扩展长度较大,裂纹扩展角减小到 ４０° ,爆生 裂纹扩展速度和裂纹尖端应力强度因子整体为最大值;随着长径比的再次增加,扩展角不再变 化。数值模拟结果与实验结果一致,炮孔柱部区域形成小面积的“椭圆状”压缩损伤区,而炮 孔端部形成“Ｘ”形拉伸损伤区,容易形成爆生裂纹,拉伸损伤区半径约为压缩损伤区半径的 ５倍     

爆破后砂岩力学性质的三轴压缩试验研究

为了定量研究受爆破冲击后岩石在三向应力作用下的力学特性,采用在大块砂岩(600 mm×600 mm×120 mm)中钻眼安装粉状硝铵炸药和火雷管爆破的方式,制备了一批经受过冲击损伤的标准试样;然后开展了3种围压作用下的三轴压缩试验,基于试验结果分析了爆心距和围压对砂岩力学性质的影响。研究表明:1随着爆心距的增加,试样的三轴抗压强度、弹性模量、软化模量、内摩擦角和黏聚力表现出以幂函数强化的趋势,而泊松比呈现出以幂函数弱化的趋势,峰值应变逐渐增大但较为离散;爆心距相同的试样,其宏观力学参数随着围压的增加而增大,而软化模量却减小。2试样的声发射活动随着爆心距的增大变得滞后,且爆心距越小岩石的声发射活动越强烈。3随着爆心距的增大,试样的脆性变形特征不断增强,破坏模式由张拉破坏变为拉剪混合破坏,进一步演化为剪切破坏。     

大采高综采工作面应力分布特征的数值模拟分析

山西某矿3405工作面采用一次采全高的综合机械化的采煤工艺,其矿压显现比较剧烈。为了更好地安全高效回采该工作面,通过FLAC3D数值模拟软件来分析该工作面回采时应力分布特征。结果表明:3405工作面超前支承压力峰值位置距煤壁5 m,影响范围为75 m,应力集中系数为2.3;固定支承压力峰值位置距煤壁15 m,影响范围为45 m,应力集中系数为2.0;工作面拉应力区范围在16 m左右。     

近距离煤层综放回采巷道合理位置确定

针对近距离煤层开采下部煤层回采巷道布置这一难题,采用理论分析与数值模拟等手段对上位煤层开采后造成的底板破坏深度、残留煤柱在底板的应力分布以及巷道在非均布载荷下易于破坏的原因进行研究。研究表明:煤层开采引起的侧向支承压力对底板造成的最大破坏深度为25.3m,已经波及到下位煤层巷道所在水平;在煤柱两侧边缘出现一定范围的应力降低区,煤柱正下方出现一定范围的应力增高区,煤柱底板的应力分布具有明显的非均匀性;下位煤层巷道在非均布荷载作用下,更易出现局部拉应力过大,从而造成巷道变形破坏。采用主应力改变量Δσ表示应力不均衡程度,考虑最大限度回收资源,结合数值模拟主应力分布特征,确定下位煤层回采巷道布置在距煤柱水平距离14 m。     

榆神矿区双煤层开采错距方案优化数值模拟

为研究双煤层开采错距最优方案和对覆岩结构关键层的影响,以榆神井田地质条件为工程背景,采用FLAC~(3D)数值模拟手段,从开采错距5种模拟方案中比选出最优方案,并基于Mohr-Coulomb强度准则与数值模拟结果,讨论了不同开采错距对覆岩结构关键层的影响。研究表明:双煤层错距开采工作面覆岩拉应力呈现"谷-峰-谷"形分布,错距煤柱影响范围内最大主应力呈"平峰"状分布,下沉值呈现"尖峰"状分布;最优错距为40 m,最不利错距为0 m;通过对双煤层开采错距方案优化,可以有效保护覆岩结构关键层完整性,减小覆岩破坏范围。     

公路隧道衬砌结构火灾损伤检测与评价

文章通过对公路隧道衬砌结构的火灾损害机理分析,用超声波法对隧道衬砌结构火灾损伤检测,对隧道衬砌在火灾中受火时间、衬砌的损伤层厚度及衬砌结损伤的力学性能及强度进行评价,针对隧道衬砌耐火性能提出隧道结构设计与施工的注意要点,为今后的隧道衬砌结构的防火设计提供参考。     

邻近爆破下不同形状巷道围岩裂纹扩展规律

为了解巷道断面形状对爆炸载荷下邻近巷道围岩裂纹扩展规律的影响,采用模型试验和扩展有限元(XFEM)方法展开详细研究。试验研究表明:爆炸载荷下,当原有裂纹扩展通过邻近巷道围岩原有裂纹尖端影响区、应力波传播过程产生的环向拉伸区和自由面反射波影响区时,扩展方向有所不同;巷道断面形状主要影响原有裂纹后期扩展方向,巷道断面形状不同,自由面反射拉伸波的拉伸应力方向不同;由于拉伸应力方向一般垂直于自由面,直墙拱形巷道和圆形巷道围岩中原有裂纹扩展后期偏转向弧形自由面切向方向,近似"层裂"现象扩展;矩形巷道围岩原有裂纹扩展方向与直墙反射波拉伸应力作用方向平行,裂纹扩展不受影响,仍沿近似水平方向与自由面贯穿。     

综放工作面过运煤公路下开采技术

为了解决公路下安全高效开采技术问题,将工程实践、岩移观测、数值计算、理论分析相结合,对黄土沟壑区开采沉陷特征及公路下开采技术进行了研究。结果表明:由于煤层埋藏浅,第四系冲积层厚度大强度低,覆岩破坏剧烈,导水裂缝带直达地表,综放回采初期在上下顺槽内侧和切眼外侧出现台阶裂缝,裂缝走向与回采边界平行,落差较小;煤层开采达到或超过充分采动后在回采边界岩体沿煤壁整体切落,地表出现大的台阶裂缝;地表台阶裂缝的出现受地形影响比较明显,边坡土体在重力作用和开采沉陷影响下,地表裂缝更加发育;路基下部的厚黄土层可吸收部分开采沉陷变形,对减轻公路破坏发挥了一定作用;可按台阶裂缝角划定公路保护煤柱,煤柱内不放煤,地表及时采取措施可实现公路的安全运行。研究成果为相似地质条件公路下煤矿开采提供了技术参考。     

基于随机有限元理论的连拱隧道结构可靠性分析

应用基于神经网络的随机有限元方法, 把截面抗压强度条件视为承载能力的极限状态, 把截面受拉开裂条件视为正常使用的极限状态, 进行某高速公路连拱隧道衬砌结构可靠性分析, 得出了衬砌结构可靠度指标的分布规律和衬砌结构的概率破坏规律。按照抗压条件计算, 衬砌结构的最小可靠度指标位于拱墙的侧部, 而最大可靠度指标位于拱顶部位, 说明隧道衬砌结构的受压破坏容易发生在拱墙的侧部; 按照衬砌结构的抗裂条件计算, 衬砌结构的最小可靠度指标位于拱顶部位, 而最大可靠度指标位于拱墙的侧部, 说明隧道衬砌结构的受拉破坏容易从拱顶部位开始, 而拱墙侧部产生受拉开裂的可能性较小。     

采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能分析

为了探究采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能,选择包含采动作用的不良地质隧道建设区域作为研究对象,安装水土压力计和钢筋应力传感器,根据传感数据分析峰值应力分布、外荷载以及主筋内力分布,明确衬砌结构的受力性能。将采动影响下的地表变形划分为2种类型,计算变形状态下衬砌结构的弯曲轴向应力,获取不良地质隧道衬砌结构的外部垂直荷载值,实现采动作用下不良地质隧道衬砌结构受力性能分析。采动作用下隧道衬砌结构底部轴向力包含3个峰值应力,两侧-50~50 m区域、350~450 m区域存在2个较小的峰值应力,而中间150~250 m区域存在较大的峰值应力。不良地质隧道衬砌结构,受到采动影响后呈现出受力不均匀的特点,具体显示为中间受力大、两侧受力小。     

隧道掘进爆破的损伤机理与振动危害

基于岩石在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理,对隧道掘进爆破对围岩的损伤与危害作用、爆破地震效应和安全判据标准进行了理论和实验研究.通过对渝怀铁路圆梁山岩溶隧道、青藏铁路风火山高原冻土隧道等掘进爆破中的爆破地震波的监测和分析,确定了隧道掘进爆破的安全判据和技术标准.     

成渝高速公路中梁山隧道质量检测与评估

中梁山隧道运营10余年,现隧道多处出现裂缝及渗漏水,为保证行车安全,对该隧道进行了地质雷达无损检测,检测结果表明:该隧道在衬砌厚度、衬砌背后空洞、围岩密实性及衬砌破损等方面存在不同程度的问题,应对病害严重地段尽快整治,确保运营安全.     

高速公路隧道抗采动影响变形技术体系研究

隧道是高速公路重要构筑物,当其通过煤矿井田上方时,将压覆大量的煤炭资源。压覆资源解放与隧道建设如何协调是亟待解决的问题。为此,从隧道衬砌结构形式、围岩等级以及设计参数开始分析隧道自身抗采动变形的能力,并从隧道初期支护、二次衬砌、仰拱和防水层材料入手考虑,建立隧道抗采动影响变形技术体系,通过采取一系列综合措施,达到隧道既安全运营又可实现安全采出压覆资源的目的。     

爆生气体对邻近硐室背爆侧预制裂纹影响机理

采用动态焦散线实验方法,研究爆炸荷载作用下邻近硐室背爆侧裂纹扩展规律时发现,伴随爆生气体释放出现的弧线型应力集中区是爆生气体引起的主应力差峰值位置,与背爆侧裂纹的扩展有较大的关联。实验研究表明:炸药爆炸后,产生的应力波首先作用于硐室背爆侧裂纹,随后爆生气体产生的准静态应力作用于裂纹,对裂纹的扩展起主要作用,而卸载波主要作用于裂纹扩展后期,使裂纹出现翘曲现象。当弧线型应力集中区接近扩展中的裂纹时,裂纹扩展速度达到峰值,约等于弧线型应力集中区的移动速度,之后,裂纹尖端与弧线型应力集中区的相对距离基本不变,当该应力集中区越过裂纹尖端,裂纹扩展速度逐渐减小,最终止裂。裂纹尖端动态应力强度因子与裂纹扩展速度具有相似的变化规律,峰值动态应力强度因子出现在弧线型应力集中区越过裂纹尖端之前。基于该发现进行的研究证实了爆生气体对邻近巷道裂纹扩展的主导作用,深化了爆炸荷载对邻近巷道影响机理的研究。     

中深孔全断面切缝管定向断裂爆破技术应用研

分析了切缝管定向断裂爆破裂纹的形成与扩展机理,在切缝处应力集中和压力差共同作用下形成初始裂纹,而后的裂纹扩展经历了切向拉伸应力作用下的扩展阶段、爆生气体驱动压力作用下裂纹稳态扩展和爆生气体驱动下的宏观裂纹扩展3个阶段。在理论分析的基础上结合工程实际,提出了切缝管药包定向断裂复合楔形掏槽爆破和周边孔切缝管药包定向断裂爆破技术。现场应用效果表明：切缝管爆破可提高炮孔利用率和眼痕率,降低爆破对围岩的扰动损伤,改善掏槽爆破和周边爆破效果,有利于提高巷道掘进速度。