基于上限理论的深部巷道顶板锚杆预紧力简化设计方法

以深部直墙半圆拱巷道为例,基于非线性Hoek-Brown强度准则,考虑顶板围岩应力与锚杆支护作用,构造出顶板围岩破裂机制,利用极限分析上限法,提出了巷道开挖初期顶板锚杆预紧力的简化设计方法,给出了相应工程建议措施,并通过现场应用实例验证了高强预紧力支护对顶板围岩的控制效果。研究结果表明:巷道开挖初期,锚杆支护构件只有施加足够预紧力,才可有效限制顶板围岩下沉破坏;随岩体强度参数增大,锚杆所需预紧力不断减小,而随锚杆布设间距与围岩应力增大,锚杆所需预紧力不断增加;在软弱或松散破碎围岩中,可通过采用高强、高韧性锚固支护构件并施加高预紧力或注浆加固等方式来获得较理想围岩控制效果。     

基于预条件共轭梯度法的直流电阻率三维有限元正演研究

对直流电阻率法勘探而言,对其反演结果的精度和速度的要求越来越高,这就需要提出一套优化有限元数值正演速度和精度的计算方案。设计了系数矩阵的一维非零元素压缩存储模式,设置了索引数组以便按照行号和列号对元素进行索引,与变带宽存储模式相比,其内存占用量明显减小。为提高正演计算速度,利用预条件共轭梯度法（PCG）求解有限元中的大型稀疏线性方程组。在PCG法中,将雅可比迭代中的对角阵作为预处理矩阵,与其它预处理矩阵相比,其具有求逆方便、无需存储空间的特点,使得大型线性方程组的求解速度大大提高。另外,在直流电阻率三维正演中,采用了异常电位法,提高了电源点附近的解的精度。以二层地层的电阻率勘探为例,初步验证了计算方案的实用性。利用上述方案,重点对隧道含水断层的电阻率法超前探测进行了有限元数值正演,并进行了相应的物理模型试验。对比显示,数值正演结果与试验数据基本一致,且数值正演的速度和精度均显著提高。     

隧道地质预报中的瞬变电磁视纵向电导解释方法研究

瞬变电磁隧道超前地质预报最常用到的成果解释图为视电阻率等值线图,但由于视纵向电导相对于视电阻率等值线图具有更好的电性界面识别特征,因此,研究隧道超前地质预报中的瞬变电磁视纵向电导解释方法就显得很有意义。通过建立在全空间条件下的等效导电平面法来计算视纵向电导参数,并且详细阐述了视纵向电导曲线及其一次、二次微分曲线之间的关系。然后,通过建立隧道正演夹层模型和实际应用实例对视纵向电导的解释特点和效果进行较为全面的分析研究,并深入讨论了视电阻率等值线图与视纵向电导二次微分成像联合解释方法。最后,总结和归纳出视纵向电导在瞬变电磁超前地质预报解释中的一些方法特点和规律,以此指导瞬变电磁法在隧道内的超前地质预报工作,不断提高瞬变电磁隧道超前地质预报的精度及准确度。     

类节理岩体单轴压缩损伤演化的CT试验研究

采用自制与CT机配套的专用加载装置,对含单裂纹试件进行了单轴压缩破坏的CT(Computerized Tomography)实时试验,对试件被压密→新损伤区产生→裂纹扩展的全过程进行了监控,得到了各阶段清晰的CT图象及CT数.通过分析,提出了岩石的损伤演化率和损伤门槛值概念,从细观和三维上初步掌握了类节理岩体损伤演化特性.     

岩溶泉域煤矿奥灰顶部相对隔水性及水文地质特征研究

奥灰岩溶水水害是华北型煤田深部开采的关键制约因素,复杂的水文地质环境是灾害频发的主因。运用钻探、水文地质试验及地球物理探测手段对保德井田奥陶系顶部岩性、岩溶裂隙发育特征及相对富水性进行综合研究,论证研究区奥灰顶部相对隔水性。实施单孔抽水试验及群孔抽水试验,查明奥灰含水层渗流场特征;通过岩溶水水化学分析,探讨奥灰含水层水化学场特征及其演化规律:沿径流路径,岩溶水水质类型总体呈HCO3→HCO3·Cl→Cl的演化顺序。依据奥灰含水层水化学特征划分岩溶水径流分区,表明井田奥灰含水层处于弱径流–滞流区。基于井田奥灰含水层水文地质特征,提出奥灰顶部注浆改造的"深度合理,施工便利;物探先行,靶区圈定;优先布网,监控紧跟;上游布孔,引导注浆;成效保障,环保并重"的总体原则,对深部开采奥灰岩溶水水害防控及顶部注浆改造实施具有一定的指导意义。     

地下石油洞库水幕设计原则与连通性判断方法研究

地下水封石油洞库建设技术在我国刚刚起步,其水幕系统设计理念和方法还不成熟。结合我国首个大型地下水封石油洞库工程,研究水幕系统设计原则与连通性判断方法,分析水文地质条件对水封方式选用、水幕系统布置和水幕连通性测试的影响,并根据现场试验结果,研究水幕连通性判断方法,提出改进的连通性测试方法。通过研究发现,地下水封石油洞库水封方式的选择需充分考虑库区水文地质情况,而垂直水力梯度是判断洞库水封性的重要参数;人工水封方式中水幕孔应尽量垂直于结构面走向布置;水幕连通性判断可综合单孔注水试验与分区有效性试验结果进行,并考虑库区渗流场分布与变化规律对试验结果的影响;改进的水幕连通性测试方法适用于不同水文地质条件下水幕孔连通性测试。该研究成果可为地下水封石油洞库水幕设计提供重要依据,并为岩体渗流特性研究提供不可多得的工程实例。     

地下水封石油洞库渗水量预测与统计

渗水量规模与空间分布特征是地下水封石油洞库建设中的关键问题。以中国首个大型地下水封石油洞库项目为背景,采用经验公式、有限元法计算和现场实测等方法研究了该洞库渗水量规模和空间分布特征。在大量现场岩体渗透性试验基础上,获得了可靠的岩体渗透系数,采用经验公式和数值计算等方法对洞库渗水量规模和空间分布特征进行了预测。根据现场揭露的渗水形态,统计了洞库渗水量规模,获得了渗水量空间分布特征,调查了渗水部位地质特征,据此提出了渗水量控制标准和有针对性的工程注浆防渗对策。通过对比预测与统计结果,讨论了渗水量规模预测方法适用性和渗水量空间分布特征离散性等问题。研究成果为提高中国地下水封石油洞库建设水平提供了理论支持,并为复杂条件下地下工程渗流特性研究提供了工程实例。     

不同储气内压下盐岩地下储气库可靠性分析

目前我国已经开始大规模兴建盐岩能源地下储库群,客观存在的不确定性因素使得盐岩地下储气库不可避免地存在风险,因此开展盐岩地下油气储库风险分析研究具有重要的理论意义和工程应用价值.本文探索基于可靠度的随机力学方法在盐岩地下储气库工程中的应用,以金坛盐岩地下储气库为研究对象,基于可靠度随机力学分析方法对盐岩地下储气库的可靠性...     

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

 结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。     

深部巷道围岩分区破裂现象的试验与现场监测对比分析研究

为了从本质上认识一些深部巷道中出现的围岩破裂区和完整区间隔排列的分区破裂现象。以淮南矿区丁集煤矿深部巷道工程为研究对象进行了模型试验研究。并通过对现场监测结果和模型试验结果的对比研究与相互验证,归纳分析出了分区破裂现象的主要特征和变化规律,指出分区破裂是与洞室呈同心圆的环状拉破坏断裂。研究结果对于认识深部洞室围岩的破坏方式,揭示深部洞室围岩的变形破坏机理具有重要意义。