冻胀融沉过程中井塔基础稳定与结构应力变化规律研究

在高耸的井塔周围开展冻结法施工将会造成井塔基础的抬升或沉降,对井塔基础稳定及其结构安全造成严重威胁。针对上述问题,采用缓慢冻结、局部冻结和温控孔热水循环等保护措施,成功避免了冻结锋面波及井塔基础。在造孔—冻胀—融沉过程中对井塔基础高程进行持续测量,测量结果表明：造孔—冻胀—融沉期间井塔基础依次经历缓慢下沉、轻微抬升、快速下沉和下沉稳定4个过程;采取的冻结保护措施有效保障了井塔基础的稳定性,井塔基础的最大倾斜值远小于规定的允许值。结合井塔基础沉降监测数据开展井塔结构应力的数值模拟,模拟结果表明：井塔主梁上表面拉应力峰值出现在井塔壁柱与主梁的连接处,随着井塔倾斜值的增加,井塔主梁上表面拉应力峰值不断增大;造孔—冻胀—融沉期间井塔主梁上表面最大拉应力小于C25混凝土强度极限,井塔结构安全性得到有效保障。建立温度-表土-井塔相互作用相似材料模型并开展模拟实验,实验结果表明：冻结时间越长、冻结温度越低,井塔基础的抬升量和融沉后的下沉量越大且井塔基础融沉稳定所需的时间越长,井塔基础的抬升量峰值明显小于井塔基础的融沉量,模拟结果与实测结果、数值模拟结果相吻合。     

高应力低渗透煤层深孔爆破增透机理与效果

采用Hoek-Brown(HB)准则转化得到的等效Mohr-Coulomb(MH)准则表征煤体的本构特性,建立了高应力煤层深孔爆破的有限差分动力数值计算模型。通过数值解与理论解的对比验证了FLAC3D动力模块模拟爆炸应力波在煤岩体介质中传播规律的有效性。在爆炸应力波、爆生气体单独作用下以及两者共同作用下,对高应力煤层深孔爆破致裂增透过程进行了3种工况的动力数值模拟,通过模拟得出深埋高应力煤体深孔预裂控制爆破影响的主要因素及作用机理。     

金川二矿区 1#矿体上盘贫矿开采对14行回风井的稳定性影响研究

为探究矿体开采过程对竖井井筒稳定性的影响,选取金川二矿区1#矿体上盘贫矿为研究对象,在分析影响井筒围岩稳定性的主要影响因素和变形破坏机理的基础上,建立金川二矿区1#矿体有限元数值模型,采用数值模拟方法对1#矿体上盘贫矿的实际采充过程进行计算,得到了上盘贫矿开采过程中14行回风井井筒在水平、竖直方向位移和应力分布的情况,根据数值模拟结果推测出井筒最容易发生变形破坏的关键位置,并通过与现场地表监测数据对比分析,验证了数值模拟计算结果的可靠性。此研究可为地下矿山在开采扰动范围内竖井井筒稳定性的判定及返修支护提供有益探索。     

应力解除法在建筑物纠偏中的应用

结合工程实例，介绍应力解除法纠偏的原理、纠偏的施工方法和过程控制，表明了这种方法在软土地区应用的可行性。     

基于LS-DYNA模拟的准直眼掏槽爆破技术研究

为了选出较好的爆破效果方案,有效提高巷道掘进速度,利用有限元分析软件对准直眼掏槽爆破技术进行数值模拟。通过控制药量多少和有无中心孔,对槽腔内和自由面上的有效应力比较得到:有中心孔和增大药量均可提高爆破有效应力;依据此装药结构和爆破工艺条件,炮孔中存在一个距孔底约1.25m高度的影响爆炸有效应力分布的高度阈值;两楔形孔连线上越靠近孔口连线中点,自由面上有效应力越来越小,与双孔爆破应力叠加理论模型分析给出的结论吻合。据炮孔底部有效应力等值线分布得到,准直眼掏槽更加适用于岩石硬度较大、炮孔深度较深的掏槽爆破。     

单自由面无限岩体中深孔微差爆破数值模拟

采用大型动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA及ALE算法,对单自由面无限岩体中深孔微差爆破进行了数值模拟。结果表明,数值模拟能进行爆破有效应力的时程分析、爆破应力波传播的直观演示、客观反映爆破破岩的动态过程等,模拟结果可为爆破设计提供参考。     

无底柱分段崩落法中深孔爆破数值模拟研究

针对程潮铁矿无底柱分段崩落法爆破落矿大块率偏高的难题,采用AUTODYN软件,对中深孔爆破进行数值模拟。基于模拟结果,对最大爆破应力、爆破应力分布以及爆破破坏程度进行了分析。原布孔方案爆破时,存在很大范围的爆破低应力区域,破坏程度较低;而新布孔方案通过降低孔间距,爆破应力得到普遍的提高,爆破高应力范围也得到极大范围的增加,整体破坏程度也得到了很大的改善。     

复合地基内附加应力及有效桩长的探讨

众多柔性桩有效桩长的计算方法都是基于单桩受荷情况的假设,没有考虑桩间土顶荷载对桩体的侧限作用,因而计算出来的有效桩长与实际情况相差甚远。本文基于Mindlin和Boussinesq应力解的联合方法,同时考虑桩间土顶荷载和群桩效应的影响,经推导得出了计算复合地基中任意深度位置的附加应力分布的计算方法。根据弹性理论分别计算桩土压缩量,并考虑在刚性基础条件下桩土位移的协调关系,得到了在刚性基础下柔性桩复合地基有效桩长计算公式。由于本文方法考虑了桩侧摩阻力和群桩效应的作用,增大了桩间土对柔性桩的侧限作用,从而有效桩长有所提高。数值计算结果表明,当桩土模量比Ep/Es取值为15时,采用本文方法得到的有效桩长为10.1m,比用其它方法得到的结果增大1倍左右。     

复变函数法求工作面周边应力分布

为了研究采煤工作面周边应力分布规律,利用应力分布规律准确的指导现场实践,将工作面在倾斜方向看做矩形,应用复变函数保角映射函数,将ζ平面上的矩形小孔,映射为z平面上的单位圆.通过弹性力学的方法,将问题简化矩形单孔问题在无限域内孔周边的应力分布问题.并运用数学软件,将表达式图形化,直观的看出利用力学方法求解得到的工作面周边应力分布情况.为了比较得到的结果,利用FLAC3D数值模拟软件,相同地质条件下的工作面做数值模拟,以便于对力学分析结果进行比较,比较结果证明,力学分析方法得到的解析解与数值模拟结果误差可以接受.     

注水法预防井筒破坏机理及其应用研究

注水法是近年来新兴的预防井筒破坏的方法,是从控制含水层疏降的角度考虑,通过维持厚冲积层底部含水层水位稳定来预防井筒破坏。针对注水法预防井筒破坏机理认识不足、现场应用效果及可行性还需要系统的研究与探讨等问题,采用室内试验、数值模拟和现场实践等方法分析了黄淮地区深埋黏土的工程性质及失水变形机理,研究了疏、注水条件下井筒受力状态和地层变形情况,并对注水法的应用效果及可行性进行了探讨。结果表明:深埋黏土主要由伊利石、高岭石等膨胀性物质组成,且随埋深增大向半固态转变,松散冲积层底部含水砂层失水上覆土层变形以整体滑移为主;疏水条件下井壁垂直压应力持续增大,地层压缩量增大,注水后,井壁垂直压应力减小,地层压缩量减小甚至出现微抬升,注水有效抑制了附加应力的产生,缓解了井壁的受压状态。在此基础上,通过对济三煤矿注水法的应用效果以及朱仙庄煤矿大降深疏降条件下注水法应用的可行性分析,得出济三煤矿工业广场松散底部含水层可控性较强,现场多孔联合注水效果较好,有效预防了井筒破坏;朱仙庄煤矿地层注水的可控性较差,在大降深疏放的条件下,不适宜采用注水法进行预防井筒破坏。研究结果进一步揭示了注水法预防井筒破坏的机理,为同类井筒破坏防治提供理论基础与应用参考。     

丁集矿第二回风井冻结壁融化温度场数值计算分析

为解决井筒冻结壁在融化过程中温度场难以预测的问题，利用ANSYS有限元软件，对丁集煤矿第二回风井冻结工程各个层位融化期间冻结壁平均温度、冻结壁融化阶段测温孔温度进行了数值模拟预测分析，结果表明：该风井不同层位冻结壁在融化阶段模拟的测温孔温度与实测值相符；在融化期间冻结壁的平均温度随融化时间的增加而缓慢升高，符合实际情况；得到了各个层位冻结壁完全解冻所需的时间，为井筒壁间注浆提供了依据，保证了井筒的安全。     

群桩沉降及周围土体沉降的计算

把群桩等代为一个大单桩,将群桩与周围土体的相互作用简化为侧表面上的面荷载和分布在底面的面荷载。基于Mindlin应力解,通过积分求得该等代大单桩桩侧摩阻力与桩端阻力对桩周土体中任一点的附加应力,根据分层总和法可得到群桩自身沉降以及周围土体任一点的竖向沉降。为验证本文方法,对上海2个工程实例进行计算分析并与实测数据进行对比。结果表明本方法可以很好地计算群桩自身沉降以及桩周土体沉降。     

冻结壁融化过程中温度场数值模拟分析

通过使用ANSYS有限元分析软件,对深厚冲积层冻结壁融化过程温度场进行了数值模拟分析,对比分析发现,测温孔温度数值模拟结果与实测结果较为吻合。据此,对测温孔模拟曲线进行了拟合,得到在深厚冲积层冻结壁融化阶段测温孔的温度时间曲线可以用幂函数来表示。     

综合纠偏技术在软土地区加固工程中的应用

介绍了“应力解除法”对房屋倾斜的纠偏以及压浆加固法对房屋基础加固的原理，并在软土地区某小区别墅群纠偏加固中运用，取得较好的社会效益和经济效益。     

高突低透气煤层石门揭煤深孔预裂爆破增透技术应用数值研究

西南地区地质构造复杂,煤层赋存不规律,煤层透气性差,瓦斯压力大,导致煤层石门揭煤危险性大,达标周期长。深孔预裂爆破技术通过爆破产生的应力波对钻孔周围的煤岩进行致裂增透,提高煤层抽采效率,有效保障揭煤的安全实施。对深孔预裂爆破应力波有效影响范围进行数值模拟,主要模拟双孔爆破的应力分布云图和曲线;在贵州某矿石门揭煤过程中应用该技术,进行工程验证。现场考察了致裂区域的煤层透气性系数、衰减系数、抽采浓度和流量等参数,考察结果表明:抽采浓度提高了1.25倍。考察结果和数值模拟结果基本一致。     

直眼掏槽爆破中空孔应力集中效应数值模拟

利用有限元软件LS-DYNA3D程序,从数值模拟的角度出发,建立了直眼掏槽爆破的数值模型。模拟了无空孔和有空孔2种不同情况下直眼掏槽爆破的破岩过程以及应力状态;通过2组模型破岩过程的对比,得出了中空孔孔壁周围应力的分布规律;通过应力状态的分析,验证了中空孔应力集中效应的存在。模型试验得出的结果表明:直眼掏槽爆破在空孔壁激起的应力波,在传播过程中应力峰值随着距离的增大,呈现出一定规律衰减。在设有中空孔的直眼中,掏槽爆破应力分布有着显著的方向性且应力集中效应明显。     

楔形掏槽爆破下自由面应力分布数值模拟

基于Satrifeld迭加法,理论推导了楔形掏槽炮孔中柱状药包爆破作用下自由面上应力分布的解析解。建立了相应的数值模型,通过数值模拟对该解析解进行验证,结果表明,在自由面上,沿同一楔掏槽孔连线方向,爆炸应力随与掏槽孔口间距的增大呈递减趋势,该规律与理论分析所得结论基本吻合。     

首山一矿顺层抽采钻孔合理封孔深度研究

为了提高首山一矿顺层钻孔瓦斯抽采效率,基于合理封孔深度的重要性,结合巷道应力分布状态,分别采用数值模拟和钻屑法对合理封孔深度进行了研究。通过现场验证,封孔深度为8-10 m抽采效果最好,证明通过数值模拟和钻屑法确定的合理封孔深度可以满足现场封孔需要。     

高瓦斯低透气煤层松动爆破有效影响范围确定

利用ANSYS/LS-DYNA软件对松动爆破有效影响范围进行了计算机数值模拟,分别建立了爆破孔间距为5、6、7 m的爆破数值计算模型。通过对模拟结果分析得出：爆破应力波以爆源为中心向四周传播;应力波强度会随着传播距离的增加而不断衰减;在应力波传播的过程中,会发生应力叠加现象;爆破孔间距越大,叠加后应力强度在传播过程的衰减幅度就越小;通过数值模拟和现场检验,最终得出爆破孔间距为6 m时爆破效果最佳。     

原孔位多次应力解除地应力测试方法与实践

针对影响深部煤矿巷道围岩稳定的地应力因素,基于深埋巷道围岩体应力分布的力学特征和地应力钻孔解除法原理,探讨了在同一钻孔内间隔一定距离进行反复多次解除的地应力测试方法,建立了判别原始应力的科学依据,根据基准孔和校验孔的测量结果,可以推算出其他测点原岩应力区与巷道半径之间的关系。工程实践表明：在千米埋深的大屯矿区孔庄煤矿井底车场区域,基准孔在3.7R处进入了原岩应力区,实测垂直原岩应力值为23.3 MPa,并在校验孔和推广孔得到了验证。