矿山隧道掘进围岩稳定性动态监测研究

在考虑矿区隧道围岩级别的同时,以矿区地质力学特征为基础,采用对数螺线法对矿山隧道掘进围岩稳定性进行分析,以隧道围岩沉降、位移与埋深的关系为研究对象,进行了矿山隧道掘进围岩稳定性动态监测验证。结果表明: 侧壁、底部沉降与埋深呈线性关系; 侧壁、底部位移与埋深呈线性关系; 矿区隧道掘进过程中可通过降低沉降或减少位移来增加围岩稳定性。     

浅埋双连拱隧道曲中墙应力计算方法及施工模拟研究

在双连拱隧道施工过程中,中隔墙的应力大小及其分布非常复杂。针对目前计算双连拱隧道中隔墙应力尚无成熟的理论的问题,基于规范及普氏压力拱理论,推导出了埋深H满足h_qH2.5h_q的浅埋双连拱隧道曲中墙应力的计算公式。并通过有限元模拟分析了苏州凤凰山浅埋大跨度双连拱隧道复杂施工过程中中隔墙应力的分布及变化规律,鉴于开挖完成后中隔墙监测剖面应力值与计算剖面应力值变化趋势极其相似,根据模拟结果对计算公式进行了修正。通过与应力实测数据及其他工程实例的对比分析,验证了所提出的曲中墙应力计算公式的合理性,可为类似工程从设计到施工提供参考。     

基于正交试验巷道松动圈影响因素的数值模拟

针对巷道松动圈的影响因素与松动圈的大小进行正交试验,综合考虑围岩级别、侧压力系数、埋深、高跨比、跨度5个主要影响因素,利用FLAC3D数值软件对16个方案进行数值模拟.正交试验结果表明:对巷道综合位移影响程度最大的因素为围岩级别,其次为埋深.在描述松动圈时引入松动圈系数,将其与最大松动圈厚度进行比较后发现:引入松动圈系数后,对巷道松动圈的描述更加完善.对巷道两侧及前方的应力分析后可知,巷道两侧及前方的切向应力随围岩强度的降低和埋深的增加,应力峰值减小,巷道侧边的应力曲线出现明显的平直段,巷道两侧及前侧岩体的破裂始于距巷道内侧一定距离.     

复杂条件下隧道揭煤前段爆破施工工艺

桃子垭隧道是目前我国已知地质条件最复杂的公路隧道,工区前方即将穿越第1层煤,且穿煤隧道最大有900 m的埋深,开挖前进行高地应力、高瓦斯压力、围岩等情况勘察,并制定上下台阶爆破设计方案,通过现场试验和计算分析确定二号乳化炸药进行爆破,确定光面爆破参数的排距、角度、深度、装药量等,施工监测得最大爆破振速、拱顶沉降值、水平收敛值均在规范允许变化范围内,为类似工程提供技术施工参考。     

基于有限元法的隧道围岩压力计算与分析方法研究

隧道围岩压力计算,常规的公式法是假设应力为均匀分布,没有考虑应力集中现象,而有限元法适用于分析模拟围岩体和构造的各种特性,可以准确地计算出隧道围岩应力。据此,以实际工程为例,利用公式法对围岩压力进行计算,并运用有限元法的数值方法,采用专业软件对浅埋、深埋圆形隧道的围岩应力状态进行了数值模拟分析,得出其分析与计算结果对隧道围岩压力计算具有重要意义的结论。     

既有浅埋公路隧道原位扩容围岩变形

针对既有浅埋公路隧道原位扩容方式对围岩变形影响程度问题,采用FLAC3D数值模拟软件,对既有浅埋公路隧道单侧扩容方式和均匀扩容方式对隧道围岩变形的影响进行数值模拟分析研究.研究结果表明:既有公路隧道均匀扩容方式下的顶底板收敛量大于单侧扩容方式下的顶底板收敛量,而均匀扩容方式下的两帮收敛量小于单侧扩容方式下的两帮收敛量;既有公路隧道原位扩容可导致围岩产生一定量的变形,但变形量未对隧道安全性造成明显影响.在围岩属于稳定级别时,扩容方式对围岩变形影响不明显,在施工时只需进行常规支护.     

隧道围岩等级判别的多途径验证研究

围岩分级是评价隧道掌子面稳定的基础.由于地质条件的复杂多变,使公路隧道的围岩级别在勘察设计阶段与实际施工阶段存在较大差异,这就需要在施工期间对围岩级别进行核定.通过对断面进行超前预报和现场力学性质测试,修正了设计围岩级别,并通过对现场监控量测数据的统计和对比分析,得出IV级、V级围岩周边收敛和拱顶下沉的取值范围,评价了隧道已优化结构的稳定性,验证了超前预报的正确性,降低了工程造价,真正做到因地制宜、经济合理地进行隧道开挖和围岩支护.     

不同断面形状硐室围岩稳定性模拟研究

采用FLAC^3D软件进行四水平三因素(埋深、侧压力系数和硐室断面形状)条件下正交模拟试验以及变单因素下的模拟试验。采用极差分析方法对硐室围岩塑性区因子δ进行分析认为,影响塑性区因子δ最大的组合为A4B4C1,各因素的主次关系依次为硐室埋深、断面形状、侧压力系数。变单因素下的模拟结果认为,圆形硐室顶底板和两帮移近量及其周围水平应力随侧压力系数的增大呈线性递增;垂直应力随侧压力系数的增大呈线性递减。圆形硐室断面塑性区因子随侧压力系数增大呈指数函数增大;硐室顶底板及两帮移近量随埋深的增大呈指数函数增大,硐室周围水平应力和垂直应力随埋深的增大均呈线性递增关系。相同的外载条件下,直墙拱形硐室顶板变形量高于底板,矩形、梯形和圆形硐室的顶底变形量相当,且圆形断面硐室的变形量最小。     

地应力水压致裂法测量及其在隧道工程的应用

利用水压致裂地应力测量法对实际工程区进行了地应力测量,详细分析了水压致裂曲线压力-时间的特征及破裂压力、重张压力、关闭压力及最大水平主应力的破裂方向的确定方法.此外,在获得已知各个测点的地应力大小和方向后,进一步分析工程区地应力及侧压力系数的分布规律,分析了侧压力系数对隧道围岩稳定性构成影响的可能性.地应力测量数据的分析结果可以作为隧道设计、断面的选择及隧道轴线方向的确定的科学依据.     

基于模型试验与FEM的TBM圆形隧道压力拱成拱规律

不同于软土盾构隧道,TBM隧道多用于岩体条件下隧道的挖掘,传统土力学方法不适用于TBM隧道的荷载计算。在岩石隧道中,荷载的产生与压力拱的形成息息相关,通过对TBM圆形岩石隧道的压力拱分析来确定荷载大小及围岩开挖影响区。通过对围岩开挖后应力变化的理论分析与简化,得到便于使用、结果直观的岩石隧道压力拱范围的判别方法。随后采用大型模型试验,对隧道开挖的塌方情况以及洞周应力变化情况分析,以验证该方法的合理性。最后,将该方法用于TBM圆形岩石隧道中,与各规范计算结果进行对比分析,并对不同埋深下TBM圆形隧道的压力拱区域进行分析,得到盾构隧道压力拱成拱情况以及其对衬砌受力情况的分析结果,以指导工程。     

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。目前比较成熟的隧道施工力学方法主要是对隧道开挖过程进行数值模拟。通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律并进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明:以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;在保证围岩稳定不发生片帮冒顶的前提下,减小埋深和覆盖层厚度是比较合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。     

单拱4车道浅埋偏压隧道锚杆支护参数优化研究

锚杆参数优化能提高隧道围岩稳定性,节省隧道建设成本.运用数值计算方法对锚杆支护形式和参数进行优化分析是一种十分有效的方法.针对单拱4车道公路隧道断面大的情况,考虑了隧道处于浅埋偏压的地质条件,采用双侧壁导坑法开挖,对隧道的初期支护进行了优化分析.在不同锚杆横向间距与纵向间距比值条件下,研究地表沉降、拱顶沉降、墙腰收敛值的变化规律,为单拱4车道公路隧道提供优化的锚杆支护方案.结果显示,当锚杆的横向间距与纵向间距比值接近于1时,能够更有效的控制围岩的变形.     

巷道围岩侧压力系数位移反演及应用

侧压力系数是与巷道围岩稳定息息相关的重要参数,其在一定范围内波动时围岩塑性区变化不大。当超过一定区间时,巷道围岩塑性区将对侧压力系数的敏感度提高,塑性区急剧扩展。侧压力系数并非一成不变,随着煤矿采动应力变化,侧压力系数也将发生变化。研究过程中,对常规侧压力系数计算方法进行评价,弹性介质模型忽略岩体的弹塑性;静水压力模型认为侧压力系数为1,与实际情况不符;散体介质模型和粘性介质模型定义侧压力系数的范围,没有给出侧压力系数的具体值,实际应用存在困难。为取得较为准确的侧压力系数,以非等压圆形巷道应力和位移分量表达式为基础,设计一种利用位移反演侧压力系数的方法,利用该方法可根据实时位移数据获得侧压力系数实时数据。以寸草塔煤矿实测数据反演得到侧压力系数,并根据实测数据进行理论计算和数值模拟。2种方法得到塑性区范围与现场观测高度吻合,从而验证侧压力系数反演方法的可行性和适用性。     

煤矿开采特高压线塔保护煤柱设计与合理留设研究

文中统计分析了11座特高压线塔所处位置煤层的埋深、松散层厚度等地质采矿条件;结合《规范》经验值、两个工作面的地表移动变形实测值,并综合考虑山体采动滑移附加影响,分析得到了地表移动角值参数;采用垂线法,理论计算了保护煤柱尺寸,并通过地质块段法对煤柱压煤量进行了估算.     

非饱和浅埋隧道稳定性的上限分析

考虑土体的非饱和性质,采用极限分析上限法研究非饱和浅埋隧道环形开挖面的稳定性。基于已有的研究成果,构建非饱和浅埋隧道环形开挖面的破坏模式及相容速度场。根据外力功率等于内能耗散率建立功率方程,推导拱顶和边墙围岩压力的解析解,并通过序列二次规划算法得到围岩压力的最优上限解。将饱和与非饱和2种情况下浅埋隧道的围岩压力进行对比,相对差值非常显著,体现了在工程中考虑土体非饱和特性的必要性。此外,分析了非饱和土体参数对浅埋隧道围岩压力和破裂面的影响。     

基于ABAQUS数值模拟的采区巷道断面形状优化研究

 选取矩形、梯形、直墙半圆拱形、圆弧拱形、三心拱形、直墙半圆加反拱形6种常用采区巷道断面形状进行数值模拟分析,研究不同巷道断面形状开挖后位移分布,分析表明直墙半圆拱形巷道变形量最小,且加设反拱后对于减少底臌量效果明显。选取矩形和直墙半圆拱形断面作为代表断面,分析不同埋深H及侧压力系数λ对采区巷道变形特征、围岩应力影响。在此类围岩条件下,当采区巷道埋深小于400 m、侧压力系数小于1.6时,矩形巷道和直墙半圆拱形巷道围岩变形量差距较小,此时可以选择矩形巷道断面以满足经济性要求。     

露天矿排土场土石混合体K0系数试验研究

松散土石混合体在排土场内进行着有侧限的固结,重塑,其静止侧压力系数K_0是影响固结过程及力学特征的重要参数。通过常规固结仪分级加载固结试验和GDS连续加载固结试验,对原材料取自哈尔乌素露天矿排土场的土石混合体重塑试样进行K_0固结试验,研究了不同初期固结压力(模拟排土场不同埋深)下重塑土石混合材料K_0系数变化规律。结果表明:重塑土石混合材料具有较强的结构特性,初期固结压力越大其结构性越明显;低初期固结压力试样正常固结段经验值与试验K_0值基本吻合,约为0.44～0.45,高初期固结压力试样正常固结段经验值高于实验值;超固结阶段,土体经验公式计算值均高于实测值,随固结压力的增大二者差值逐渐减小。     

深部高应力软岩巷道围岩流变数值模拟研究

针对深部高应力软岩巷道围岩变形量大、变形速率快、持续时间长、流变性强的特点,采用Burgers流变模型,基于FLAC3D进行了巷道围岩流变数值模拟研究,得到了巷道埋深-时间蠕变曲线、侧压力系数-时间蠕变曲线、弹性模量-时间蠕变曲线及黏滞系数-时间蠕变曲线,分析了它们对巷道围岩流变的影响规律.     

公路隧道围岩分级问题探讨

结合新公路隧道规范围岩分级BQ值分级法和实际工程应用,发现定量化评定中的一些问题,对BQ值围岩分级法的应用进行探讨。     

含弱层巷道围岩滑移破坏规律的模拟研究

为研究弱层对煤矿巷道围岩滑移破坏的影响,基于UDEC岩土模拟软件,建立了含弱层煤矿巷道数值计算模型,对弱层与侧压力系数共同作用下巷道围岩滑移破坏规律展开研究。结果表明:弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,减弱了围岩深部向煤帮的应力传递,促进了顶板向煤帮的应力传递,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移;随弱层厚度增长,围岩临界破坏深度随之增大,煤体的剪切破坏也愈明显,围岩塑性区深度与水平滑移值也会进一步扩大;侧压力系数对含弱层巷道围岩的稳定性也具有重要影响,当侧压力系数为1.0时,煤帮围岩最为稳定,当侧压力系数介于1.0～2.0时,随侧压力系数的增大,围岩塑性区深度也会进一步增长,围岩滑移值呈非线性增长。