A FRACTAL MODEL AND ENERGY DISSIPATION FOR EN ECHELON FRACTURES

Observations from the field and the laboratory show that en echelon fractures within fracturc zones have a Riedel within Riedel structure. The tcnsile failure mechanism of cn cchcion fractures can be described by the pile-ups of shear crack-dislocations. A fractal model can be used to simulate the Riedcl within Riedel geometry, allowing tbe direet measurement of the fractal dimensions of en echelon fracture systems. The energy dissipation of the en echelon fracture system can be deduced using a fraetal damage evolution model which explains the evolution process of en echelon fracture systems. The fraetal nature of the fraetures can be used to derive an accurate estimate of total energy dissipation.     

永宁河四级电站引水隧洞衬砌裂缝的预防与处理

本文通过对永宁河四级电站引水隧洞边顶拱混凝土浇筑中出现的裂缝处理情况的分析,提出了预防引水隧洞边顶拱混凝土裂缝的措施和处理方法,取得了有益的经验。     

大倾角综放开采液压支架稳定性分析与控制措施

从静力学角度对大倾角条件下综放开采液压支架抗倾覆、滑移、扭斜稳定进行了分析,结合王家山煤矿的大倾角(29～43°)工作面的煤层条件和生产实践,对大倾角综放开采液压支架的3种稳定性进行了研究,分析煤层倾角、顶板压力、支架几何参数、支架工作状态对支架稳定的影响,在此基础上介绍了保证大倾角综放液压支架稳定的途径和王家山煤矿的生产经验.     

基于时效变形的脆性围岩最优支护时机研究

现代地下工程支护结构设计的基本指导思想是按照"新奥法"原理,强调通过适时加固围岩,使得围岩成为承载结构的主体。但是对于支护时机的掌握,目前仍然缺乏可靠的理论和公式的指导,只能根据现场监测信息和经验判断来确定。提出脆性围岩的"适时支护",是指在围岩达到弹性极限应变而破坏之前进行支护,即在时效变形作用下,围岩应力处于本构关系弹性段后段,但是还没有进入软化的非稳定段。基于这一思想以及地下工程时效变形特征,提出了最优支护时机的近似计算公式。研究表明:最优支护时机与围岩收敛时间、围岩强度应力比、开挖后应力以及支护围压相关。由于围岩应力处处不同,可以由公式计算得到顶拱、边墙等不同部位的最优支护时机,从而指导支护设计。研究对长期困扰地下工程界的脆性围岩最优支护时机问题提出了一种理论方法。     

大岗山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

针对大岗山双曲拱坝的工程地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,研究坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程和机制.试验过程模拟大坝基础的不连续岩体条件、岩体力学特性和整体双曲拱坝.试验考虑拱坝上游超载情况,同时还模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行强度储备与超载相结合的综合法试验.试验结果给出拱坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得坝体和坝肩的变形及分布特征、内部断层典型测点的相对位移,揭示拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制.得到强度储备系数为1.25,超载系数为4.0～4.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为5.0～5.6.对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并针对坝肩的薄弱环节提出加固处理措施建议.     

混凝土亚临界裂纹扩展的分形效应

通过三点弯曲断裂SEM试验，获得了混凝土断裂全过程的扫描电镜图像．采用分形几何方法对裂纹扩展路径进行了考查，并对获得的数据点进行了回归分析和回归结果的相关性检验，论证了裂纹亚临界扩展的分形性质，得到了细观裂纹路径的分形维数D，此外，还探讨了分维D与断裂能GF之间的关系。     

深部岩体力学研究与探索

当今世界经济的迅速发展,地球浅部矿物资源逐渐枯竭,资源开发不断走向地球深部。目前煤炭开采深度已达1 500 m,地热开采深度超过3 000 m,有色金属矿开采深度超过4 350 m,油气资源开采深度达7 500 m,深部资源开采已成为常态。但是深部资源开发中常伴随着重大灾害事故,难以有效预测与防治,一方面说明深部岩体可能存在着完全异于浅部的力学本构行为,另一方面说明目前岩石力学理论发展已滞后于人类岩土工程实践活动,难以进行有效、科学指导,亟待探索和开拓。目前人们对超深部的岩石性质和行为还缺乏了解,一些基本概念和基本理论还尚未建立。深部是什么?多深算进入深部?浅部和深部有什么本质不同?经典力学理论能否描述超深部岩体力学行为?如何揭示深部岩体开发扰动影响下那"看不见,摸不到"的黑箱力学过程?深部环境(如地震地质环境、化学环境、热力学环境和微生物环境)如何对能源开发与存储、CO2与核废料地质处置等重大工程发生在岩石中的微观过程共同产生影响等等,这些重大的、基础性岩石力学科学问题亟待人们做出回答。从煤炭开采中的岩石力学问题研究入手,对以上深部岩体力学的一些共性的概念性和基础性问题进行探讨。指出深部静水压力是深部岩体应力状态的典型基本特征。深部不是深度,而是一种力学状态。发展有别于传统岩体力学的基于应力空间路径的采动岩体力学。提出将CT技术、3D打印技术和分形重构方法及应力冻结技术相结合的深部岩体力学的可视化研究手段,再现深部岩体在开发扰动下应力变化、裂隙演化、体积破裂、塑性失稳以及微观渗流等的力学行为和过程。这些工作将为深部岩体力学研究带来方法上的进步。     

煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望

煤炭开采引发矿山灾害、地表沉陷、水土流失及生态环境损害等问题,但同时在地下形成了巨大的可供利用空间。全面阐述了煤矿井下抽水蓄能发电的概念与技术,对比分析了落差型、活塞抬举型、海洋浮力型和高压风储库蓄能4种非常规蓄能发电技术,指出利用废旧煤矿的开采空间（巷道及采空区）的煤矿井下抽水蓄能发电新技术具有得天独厚的优势,对我国废旧矿井重复利用、可再生能源开发和电力调蓄、矿区生态保护等提供了新思路。估算了我国废弃煤矿和现有煤矿的蓄水储能发电总量。进一步提出了煤矿地下水库、矿井水循环利用与抽水蓄能发电一体化技术构想,充分利用煤炭开采过程中形成的巨大的地下空间,实现储水、蓄能发电、矿井水循环利用和新能源开发等多重目标,并有助于控制地表沉陷、维护生态平衡,对我国可再生能源产业发展以及水资源严重短缺的西部地区煤炭开发提供重要的技术保障,并对未来现代化、生态化矿井开拓布局、节能减排、绿色开发产生深远影响。     

“碳中和与绿色能源”专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标：力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心。在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇。“碳达峰、碳中和”目标的提出意味着中国能源和经济产业结构将迎来深刻变革,也给中长期能源产业的技术发展提出了新要求,指明了方向。与此同时,中国能源转型的加速推进也将促使传统的石油、天然气、煤炭等能源供应系统走上减碳增氢的绿色发展道路。随着世界主要发达及发展中国家相继提出碳中和目标的承诺,针对气候变迁、低碳循环经济、绿色能源、CCUS等国际社会重点关注议题的前沿研究和政策措施显得愈加紧迫和重要。尤其是欧美等主要发达国家从碳达峰到实现碳中和需要50～80年;而中国计划只用30年实现这个目标,因此面临着巨大挑战。这促使 中国需尽快制定“碳达峰、碳中和”战略规划、技术路线和行动方案,同时,加强联合各国学者开展更多的跨学科联合攻关与学术交流。在碳中和与能源转型的进程中,还必须探索适合中国国情的绿色低碳之路,并把技术创新放在首要位置,抓紧部署具有推广前景的低碳、零碳、负碳排放技术研究,提升能源电气化和智能化水平。针对碳中和与能源转型过程中的众多科学技术问题,必须进行认真的思考并开展针对性的研究工作。面向中国能源产业深化改革,建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重大战略需求,《工程科学与技术》推出了“碳中和与绿色能源”专刊,重点关注碳中和目标导向下的区域性（地区）战略框架和行动方案、重点行业碳减排路径及发展前景、可再生能源多元转换与储存、CCUS技术等,以促进全球碳减排研究,尤其是为中国“碳中和”政策制定、利益相关者提供借鉴和科学指导。在此,向为本专刊奉献佳作的论文作者表示感谢！同时,也向广大参与碳中和与绿色能源工作的生产及科研人员的辛勤付出致敬！     

"碳中和与绿色能源"专刊前言

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会上郑重提出中国碳减排两阶段目标:力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和.这彰显了中国积极应对气候变化、参与全球治理、推动构建人类命运共同体的坚定决心.在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,构建碳中和目标更是中国实现可持续发展、推动生态文明建设的战略指引和重要机遇.