块体理论在水电站洞室围岩稳定分析中的应用

在水电站地下厂房的施工过程中,由于岩体天然应力状态遭到破坏,伴随着地下洞室的开挖,相应的产生整体或部分块体移动,出现不稳甚至破坏效应,给施工带来严重的威胁.直接影响施工的进度和安全;至上世纪八十年代,石根华博士正式提出关键块体理论以来,随着研究的深入,该理论已被广泛的应用于实践之中.文章以大岗山水电站地下厂房为实例,通过对主厂房地质素描图的节理进行统计分析,搜索出随机块体进而分析其是否为关键块体并利用块体理论的矢量解析判别法对其进行稳定性评价,进而为施工支护提供依据,为地下洞室的块体稳定性分析提供了一种准确快捷的途径.     

工程因素对施工期地下洞室围岩质量影响分析

地下工程规模扩大化和布置形式复杂化,以及人为改造因素对围岩质量影响日益显著,因此,准确评价工程岩体质量,需考虑自然因素和工程因素的综合影响。其中工程因素应作为自然因素围岩质量体系的修正条件予以考虑。以大岗山水电站地下厂房区为例,尝试分析施工期工程因素对围岩质量的影响,首先归纳了工程因素主要类型及其对围岩质量的影响,藉此选取针对性的评价指标对围岩质量予以劣化效应定量化表示及工程时效性、功能性与支护补强的关联分析;此后,基于相关技术要求,提出了施工期分层次、围岩分类体系构建流程,为实现工程因素劣化作用的定量表示及其在施工期围岩评价体系中的作用提供了理论基础。对工程因素与围岩质量评价体系的影响作用等研究具有一定启迪意义。     

冻融循环作用下单裂隙类砂岩局部化损伤效应及端部断裂特性分析

 寒区饱水裂隙岩体受反复冻融作用影响,沿裂隙端部出现裂纹萌生、延展、偏转、分叉等现象,造成裂隙端部局部化区域损伤,进而诱发端部断裂造成岩体整体失稳。现采用相似材料配制0°,30°,45°,60°,90°的单裂隙类砂岩试样,并对裂隙内部充分饱水,展开10,20,30,50次冻融循环试验,而后观测裂隙端部区域在不同裂隙倾角、冻融循环次数下局部化损伤效应差异规律。藉此,对裂隙岩体在冻融循环作用下的局部化损伤效应进行分析,并结合断裂力学应力叠加理论,验证了因局部化损伤效应造成的裂隙端部断裂特性及扩展路径规律。结果表明：(1) 冻融循环作用下单裂隙岩体存在局部化损伤效应,按照局部区域宏观裂纹发育状况,可将裂隙端部划分为：断裂区、渐进损伤区、系统损伤区;(2) 随着裂隙倾角增大,冻融循环过程造成的局部化损伤效应越不显著,对应的声波波速值越大;(3) 冻融循环过程中,主要在30°,45°,60°斜裂隙岩体出现主裂纹分叉、偏转现象;(4) 裂隙角度愈缓,冻融循环作用造成的主裂纹偏转现象越早产生,偏转方向逐渐趋于水平,且沿初始裂隙走向的延展长度越短;(5) 冻融循环引起局部化损伤在上下端部存在差异,裂隙下端部较早发生宏观断裂,且倾角越大,差异现象越明显。研究将为冻融作用下裂隙岩体局部损伤及端部断裂演化规律提供技术参考。     

富油煤的油气资源属性与绿色低碳开发

黄河中上游是国家大型煤炭基地集中分布区,也是我国富油煤的主要生产区。受我国"缺油、少气、相对富煤"资源禀赋特点的制约,煤炭安全绿色开采,清洁低碳利用已成为保障国家能源安全的重大需求。实现黄河流域富油煤开发与生态环境保护协调发展,对缓解我国油气供应紧张、保障能源战略安全具有重要的科学价值和现实意义。富油煤是集煤油气属性为一体的煤炭资源,其油气潜力、特殊性、关键地质问题亟需研究,绿色低碳化开发技术亟待探索。(1)富油煤主要赋存于中低阶煤类中,主要特点是富含较多富氢结构;在隔绝空气加热时,可生成油、气和半焦。半焦主要成分为固定碳,与无烟煤相近;气体的主要成分是CH₄,H₂,CO等,可以作为燃料气和原料气;油为煤焦油,类似于重质石油,可通过前处理、加氢精制和加氢催化裂化工艺等达到清洁燃料油标准;(2)富氢结构是富油煤具有油气资源属性的物质基础,研究富氢结构的岩石学、沉积学特征及变化规律,分析富氢结构物质来源、沉积转化、变质演化、聚集规律及地质驱动机制,是构建富油煤预测模式与评价理论的基础;(3)梯级利用和原位热解是富油煤绿色低碳开发的重要途径。富油煤...     

高山冰川地貌区垂直分带性与地质灾害空间配置关系

高山冰川地貌因垂向落差大，受垂直性气候条件和局地水热环境影响，造就了典型的垂直分带性特征。而地质灾害作为表生岩土圈动态平衡失稳外在动力形式，必然与其禀赋的构造地貌与气候环境密切相关。基于青藏高原冰川地貌区地貌特征及地质灾害统计分析，梳理各地貌单元垂直分带性界限标志及典型特征，进而构建高山冰川地貌区垂直分带性与地质灾害的空间配置关系。研究表明：(1)高山冰川地貌区可按雪线、冰线、雨线与高山苔原线等“四线”进行界限标志划分，且大陆性与海洋性冰川地貌区界限高度存在显著差异；(2)夷平面为高山冰川地貌区地质灾害重要物源场所，因冰川类型差异存在明显不同。具体而言，大陆性冰川区普遍存在山顶面、高原面2级夷平面物源区；而海洋性冰川区则普遍存在山顶面、山前侵蚀面及河谷侵蚀面3级夷平面物源区。(3)高山冰川地貌区地质灾害按照“四线”界限标志存在典型的垂直分带性特征，具体按照“四线”界限范围、动力地质作用方式、海拔高度可划分为：超高位冰蚀型(雪线以上/冰–岩作用带，对应划分依据，下同)、高位溃蚀型(雪线–冰线之间/冰–水–岩屑作用带)、中位冻融剥蚀型(冰线附近/冰–水–土作用带)及低位降水侵蚀型(高山苔原...     

不同煤层富油煤的孔隙发育与强度特征关联性研究北大核心

在煤矿开采过程中,煤体受外力作用致使孔隙贯通、强度下降,容易引发巷道围岩失稳、顶板垮落等工程灾害。为研究孔隙分布与强度特征间的相关关系及影响机理,选取中国陕北地区榆神府矿区3组代表性煤样(N22、H52、H42煤样),分别开展其孔径分布与强度特征试验,并基于皮尔逊相关系数与能量演化进行分析,研究结论如下:3组煤样均以微孔、过渡孔发育为主,大孔发育极差,抗压强度以N22煤样最高,为31.3 MPa,其次为H52、H42煤样,分别为14.2、12.5 MPa;煤样的总孔隙率及大孔、中孔和过渡孔的分孔隙率均与抗压强度表现出负相关关系,微孔孔隙率与抗压强度呈现出正相关关系;在压缩过程中,微孔有利于煤样压缩时积累弹性应变能U_(e),在一定程度上有利于提高煤样的抗压能力,大孔、中孔及过渡孔则消耗耗散能Ud相互贯通形成裂隙。     

冻融–受荷协同作用下砂岩细观损伤演化CT可视化定量表征

冻融循环是导致寒区受荷岩石发生加速风化破坏的重要因素，而精细化认知冻融–受荷协同作用下砂岩损伤演化及内在机制，对于准确理解寒区岩石全过程损伤特性具有重要指导价值。开展冻融–受荷协同作用下砂岩损伤过程原位CT实时扫描试验，基于CT图像交互式阈值分割和三维孔隙结构模型重建方法，实现单轴压缩过程中冻融砂岩内部孔(裂)隙演化的精细化识别和可视化定量表征，并运用格子玻尔兹曼法进行冻融–受荷协同作用下砂岩孔隙结构连通变化的三维模拟，明确冻融–受荷条件下砂岩细观结构损伤演化规律。结果表明：(1)冻融砂岩孔(裂)隙结构损伤具有连续演进特征，但损伤演化速度存在突变现象，其中，孔(裂)隙的体积陡增可作为岩样临兆破坏信号。(2)区别于常规加载作用，冻融后砂岩单轴压缩破坏由单一贯通剪切面的破坏向拉–剪混合破坏转变，且破坏面数量随冻融次数的增加而显著增多。(3)岩样孔道数目随冻融次数增加而增加，且隙间连通性趋于增强；试样的最大孔隙半径、孔道数目、最大孔道半径、孔隙度等随荷载的增加而变大。冻融–受荷协同作用下砂岩压缩破坏系孔隙与孔道持续错动、扩展的累积效应的结果。(4)低次冻融循环砂岩受荷破坏后，内部孔(裂)隙结...