特大跨度小净距隧道中间岩柱可靠度分析及其加固处理措施

魁岐2号隧道位于福州国际机场高速公路二期工程A3标段,隧道跨度达到19.9 m,中间岩柱最小净距为11.7 m,为国内首座双向八车道小净距隧道工程。针对魁岐2号隧道工程的特殊性,利用离散单元法对节理岩体中特大断面小净距隧道的受力情况进行了分析,根据可靠度理论,通过对魁岐2号特大断面小净距隧道中间岩柱的可靠性分析发现,对于特大断面小净距隧道,中间岩柱最薄弱的部位主要集中在岩柱上部,因此,对于特大断面小净距隧道施工过程中宜重点对岩柱上部进行加固处理。同时,根据不同围岩级别中中间岩柱的可靠度值显示,魁岐2号特大断面小净距隧道的净距取值基本上是合理的,整体上能满足稳定性的要求。     

采动影响下破碎围岩巷道注浆加固支护技术

成庄矿二盘区机头硐室与周围巷道群由于受2315综采工作面回采的影响,围岩破坏十分严重,为使该巷道能满足正常生产急需对其进行修复加固.基于成庄矿二盘区机头硐室与周围巷道的现场地质条件,运用离散元数值模拟分析方法(UDEC),研究注浆对该硐室破碎围岩体的塑性区大小、应力状态以及可锚性等方面的影响.研究表明注浆能够有效缩小破碎围岩体塑性区范围,改善巷道浅部围岩的受力状态,提高破碎围岩体的可锚性,在此基础上提出了注浆和锚索复合加固方案,取得了良好的现场试验效果.     

秦源矿复杂结构厚顶煤破断失稳的数值模拟研究

针对秦源煤矿复杂结构厚顶煤冒放性差,顶煤回收率低的实际情况,利用离散元模拟软件UDEC3.1,采用数值模拟方法,分析了不同条件下顶煤的应力场、位移场和破坏场分布特征,得出了复杂结构厚煤层综放开采顶煤的破断和失稳规律,为复杂结构顶煤的放出规律及放煤工艺参数对顶煤回收率的影响奠定了基础。     

动压影响下米村矿28轨道大巷应力分布研究

米村矿28轨道大巷受工作面采动的影响,巷道严重失稳.运用数值模拟软件UDEC模拟了工作面回采时距离28轨道大巷不同距离时,巷道周围的应力场的分布情况,分析采用不同支护方式控制围岩变形的效果,提出具体的加固方案.     

应力波时延与结构面刚度的关联性分析

首先基于波动理论和非连续位移模型,推导倾斜入射P波在线弹性结构面处的透、反射关系式,得到的入射P波透、反射系数与结构面刚度之间的关系式与前人的结果一致。根据应力波的时延理论,进一步推导应力波透射线弹性结构面的相时延和群时延关系式。运用离散元法的数值软件UDEC模拟中心频率为100 Hz的高斯余弦应力波穿越单一节理与多条平行节理岩体,在此基础上分析应力波时延特征,并将该数值结果与相应的解析解进行比较。研究结果表明：(1)应力波垂直入射单一结构面的岩体模型后,利用未经滤波的透射波波形和包络线得到的应力波相时延与解析解基本一致,而群时延有一定差别;对透射波进行带宽为97～103 Hz滤波得到的相时延与群时延完全一致。(2)对存在多条平行结构面的岩体模型,当结构面间距大于1/2高斯余弦波波长λ时,经滤波后的群时延与解析解基本一致;当结构面间距小于1/2λ时,数值模拟得到相时延、群时延均与解析解相差很大。(3)透射波波前一般不会受到结构面多次反射波的干扰,在3种不同间距的结构面模型中利用透射波波前得到的初至波时延近乎相同,与单一结构面时初至波时延和结构面数量的乘积也相差不大。当结构面为线弹性体时,本文研究结果有助于利用应力波时延特征来预测结构面刚度或结构面数量。     

“三软”煤层综采工作面覆岩运移和裂隙演化规律实验研究

针对“三软”煤层综采工作面卸压瓦斯治理问题,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟实验研究了工作面受采动影响后采场覆岩运移规律。同时,采用现场仰斜注水钻孔法和高位钻孔瓦斯抽采浓度监测法对实验结果进行验证。结果表明：在相似材料模拟实验中,对观测面刷白后,能更加清晰地观测到裂隙发育情况;相似材料模拟和UDEC模拟结果基本吻合,垮落带和断裂带最大高度分别为12和38 m,则高位钻孔最佳布孔垂距为20~26 m;现场仰斜注水表明垮落带和断裂带最大高度分别为10和39 m;现场高位钻孔瓦斯抽采浓度监测结果表明,1-2和1-3高位钻孔瓦斯抽采浓度最大,其垂距分别为24.4和20.5 m,验证了物理相似模拟和数值模拟实验方法和结果的正确性和科学性。     

煤矿巷道维修中注浆对初次支护的作用分析

针对目前煤矿生产中有一些使用年限较长的巷道由于初期支护强度、方式不合理,或者受采掘影响,导致巷道变形破坏严重,其浅部围岩已经完全破坏,裂隙也逐步向围岩深部扩展,常规的支护手段已经没有支护基础等问题,通过数值模拟软件UDEC模拟分析注浆对变形破坏巷道的原锚索支护的影响,以及对改善破碎围岩状态的作用。得出通过注浆可改善原有锚杆（索）支护的作用、改变围岩的状态,为后期的扩巷、加固提供可靠的基础。在此基础上提出对破坏巷道采取注浆后打设锚索的加固方案来解决五阳煤矿76架空人车巷的修复加固问题,修复后围岩收敛变形率不大于5%。     

不整合地层下煤层开采覆岩裂隙场发育特征

以宁夏石嘴山矿西区3号煤层开采为工程背景,采用相似模型试验、数值模拟计算,研究深部不整合覆岩下煤层开采所引起的裂隙发育特征,并对两种方法分别得到的裂隙带形态进行对比分析。由于煤系地层与上覆地层不整合,开采扰动后应力重分布及覆岩裂隙发育具有其特殊性。研究发现：煤层开采过程中,采空区周围出现＂应力拱＂;地层不整合面的存在阻...     

Time-dependent drift degradation due to the progressive failure of rock bridges along discontinuities

An important element of time-dependent drift degradation is the progressive failure of intact segments along discontinuities, referred to as rock bridges. A fracture mechanics model is developed to simulate the time-dependent failure of rock bridges along discontinuities. The time dependence of the rock bridge failure process is modeled utilizing subcritical crack growth. The rock bridges give an effective cohesion to the discontinuities, and this cohesion is time-dependent due to the time-dependent failure of the rock bridges. The resulting first-order differential equation for joint cohesion is implemented into the UDEC distinct element numerical code to model time-dependent drift degradation. The model and its implementation into UDEC are validated using several simple examples, including a direct shear test and a rigid block on a slope. Two time-dependent drift degradation examples are then shown, one with and one without thermal loading. These examples used similar geometry, material parameters and in situ stresses as for the proposed underground drifts for the storage of nuclear waste at Yucca Mountain. Both with and without thermal loading, a large zone develops around the excavation where the joint cohesion and tensile strength drop to zero due to the failure of rock bridges. This in turn results in an excavation that is significantly less stable than if time dependence was not included. The results demonstrate the importance of time-dependence on the stability of underground excavations in hard rock.