高温高压下花岗岩中钻孔变形失稳临界条件研究

 采用自主研制的“20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机”,运用光学原理钻孔变形观测仪器,对f 200 mm×400 mm花岗岩体内含f 40 mm的钻孔在6 000 m埋深静水应力及600 ℃以内恒温恒压下钻孔变形规律及其临界失稳条件进行深入细致的试验研究和理论分析。研究结果表明：(1) 高温高压下花岗岩中钻孔变形随温度和应力的增大表现为明显的不同阶段。4 000 m埋深静水应力及400 ℃以内恒温恒压下,钻孔变形表现为明显的黏弹性变形阶段,钻孔直径虽有减小但仍处于稳定状态,并不发生破坏;4 000～5 000 m埋深静水应力及400 ℃～500 ℃时恒温恒压下,钻孔变形表现为黏弹–塑性变形阶段,钻孔围岩有破坏的趋势,孔径开始增大;5 000 m埋深静水应力及500 ℃以上时,钻孔围岩塑性区的块裂状围岩颗粒逐渐从孔壁脱落下来,钻孔发生破坏。(2) 花岗岩中钻孔围岩在超过应力阈值和温度阈值后,即5 000 m埋深静水应力及500 ℃以外时,钻孔破坏,发生塌孔现象,花岗岩颗粒从孔壁脱落下来,钻孔直径增大。(3) 钻孔围岩在高温静水应力下,岩体最终发生破坏的应力条件为5 000～6 000 m埋深静水应力(即125～150 MPa)及500 ℃～600 ℃,其破坏形式为压裂破坏、压剪破坏或两者相结合。(4) 高温高压下花岗岩中钻孔变形失稳临界条件为4 000～5 000 m埋深静水应力,400 ℃～500 ℃。同时,根据试验研究结论,运用黏弹塑性力学理论给出高温高压下钻孔变形的分析理论,建立4 000 m埋深静水应力及400 ℃以内恒温恒压下钻孔变形的黏弹性理论模型及4 000～5 000 m,埋深静水应力400 ℃～500 ℃时恒温恒压下钻孔变形的黏弹–塑性理论模型,为我国高温岩体地热(HDR)开发与利用中钻孔稳定性及维护问题、大陆科学钻探工程(CCSD)在深孔和超深孔施工过程中遇到的钻孔稳定性问题提供科学依据和理论指导。     

高频超声导波检测锚杆有效锚固长度分析

为检测锚杆实际有效锚固长度,得到锚固锚杆和自由锚杆中的高频超声导波传播规律,在1~15 MHz频率范围内对不同锚固锚杆试件进行频率扫描,并根据试验结果得到了群速度和频率之间的关系曲线。结果表明,激发频率为2.007~2.312和3.266~3.491 MHz时,导波在不同锚固质量的锚杆中传播速度几乎一致,且锚杆锚固质量对高频超声导波的传播速度影响很小,并据此得出在这个频率范围内可检测超声导波在自由锚杆中的传播速度,进而计算出锚杆的锚固长度。     

锚杆锚固体系中的固结波速研究

 采用理论分析、数值模拟和实验室测试对不同锚固质量锚杆中的应力波在锚固段的传播速度进行分析。模拟试验中采用不同龄期的混凝土模拟不同锚固强度,数值模拟中通过改变弹性模量和泊松比实现改变锚固强度。数值模拟和试验模拟结果定性吻合;都显示锚杆中锚固段的应力波波速(固结波速)和锚固介质的强度直接相关,固结波速和锚固介质强度之间成抛物线关系。起初固结波速随锚固介质强度的增加而减少,到达最底点后随着锚固介质强度的增加而增加。用数值模拟结果对产生这种现象的本质原因进行分析讨论。模拟显示固结波速随锚固介质强度的变化是由锚杆中的P波以及锚杆和锚固介质界面处产生的界面波此消彼长而引起的。     

控制爆破拆除"回"字型框架结构楼房

介绍了"回"字型钢筋混凝土整体封闭框架结构大型商场的爆破拆除要点.针对"回"字型钢筋混凝土整体框架结构的复杂特点,采用了切割分块、网路式封闭起爆网路、整体防护等有效技术手段.在复杂环境情况下取得良好的爆破效果.     

永济市热电厂150m烟囱爆破拆除

介绍了永济市热电厂150m高烟囱爆破拆除的工程实例。结合待爆烟囱特点和周围环境制定了爆破方案。针对高耸烟囱筒身切口较多可能会导致定向倒塌过程中折断、变向等特点,通过预处理形成导向窗和定向窗,采取加固大体积切口以及割断背部竖筋等措施,辅以毫秒延时起爆、簇联接力复式网路以及安全防护措施,取得了理想的爆破效果,可为类似工程提供参考。     

锚杆锚固质量无损检测几个关键问题的研究

对近年来有关锚杆无损检测的研究工作进行总结.通过理论分析和实验研究,对锚杆锚固质量无损检测中的几个关键问题进行较为深入的探讨研究:通过逐渐改变锚杆自由段和锚固段相对长度的方法,研究底端反射的变化规律,得出锚固长度小于3/4首波波长时底端反射不明显的结论;通过对锚固体控制体积的力学分析,用水泥砂浆在不同养护时间内的固化程度和对杆体的握裹强度模拟锚固介质的黏结强度,得出固结波速与锚杆杆体、锚固介质及围岩之间的黏结强度有关的结论;通过对承载条件下锚杆动态响应的分析和实验研究,得出锚固体系的基频和动刚度与荷载呈幂函数增长的规律,以及锚杆的动态响应与锚杆的工作荷载与极限承载能力的相对大小显著相关的结论.研究结果可用于锚杆无损检测的工程实践.     

高地力环境下聚能爆破动、静作用对岩石内裂纹起裂与扩展机理研究

深部硬岩深孔爆破弱化是一个爆炸动静荷载与地应力耦合作用下的无自由面爆破过程,地应力对爆破裂纹扩展具有很强的抑制作用,这极大地限制了深孔爆破在工作面硬岩的预弱化及切顶卸压等工程中的应用。为了探索地应力影响下的无限岩石爆破中应力波与爆生气体二者对裂纹起裂与扩展的作用机理,采用爆炸力学与断裂力学理论推导了聚能爆破动作用阶段的裂纹长度,利用LSDYNA软件研究了地应力作用下聚能爆破动、静作用下的岩石内裂纹起裂与扩展过程。结果表明：(1)数值模拟结果指向动、静作用的时间分界点为32μs,聚能爆破动作用阶段对裂纹的起裂及初始扩展占主导地位,爆生气体静作用对裂纹的后期扩展占主导。(2)无地应力作用时,静作用阶段裂纹扩展长度是应力波动作用阶段的11倍。地应力为20 MPa时,聚能爆破中动作用阶段裂纹长度被抑制了12.4%,静作用阶段裂纹长度被抑制了86.3%,地应力主要对后期爆生气体静作用阶段的裂纹扩展起抑制作用;侧向地应力垂直于裂纹扩展方向时,其抑制作用随侧向地应力增大而减弱;(3)依托古城矿N1302工作面切顶卸压工程背景,在考虑现场地应力及施工条件下,通过数值模拟最终确定最佳不耦合系数为1.3,...     

古城矿沿空留巷切顶卸压关键技术研究

为解决厚煤层沿空留巷切顶卸压后的巷道稳定性问题,以古城矿6 m煤厚N1305工作面作为工程实例,运用理论分析、数值模拟、现场实践结合的方法,分别研究预裂爆破孔间距、切顶高度及切顶角度3个重要参数对切顶留巷的影响。经力学计算和现场实践,爆破孔间距900 mm时贯通性效果最优。通过UDEC软件分别对不同切顶高度和角度的工况进行数值模拟,发现随着切顶高度的增加,充填体上方顶板应力和下沉量均先减小后稳定;随着切顶角度的增加,应力和下沉量均增大,得出最优切顶高度为21.8 m,角度为5°。将研究结果应用于煤矿现场,发现切顶后的留巷效果相对不切顶时效果较好,可为同类型的切顶留巷提供经验参考。     

霍洛湾煤矿东南边界2~(-2)煤过水通道探查及防治措施

对霍洛湾煤矿东南边界2~(-2)煤的过水通道进行探查,在物探异常区及异常不明显区,布置了17个钻孔,探查结果表明采空区顶板尚未完全塌陷,部分呈悬空状态。1、3、4号区域上覆基岩及顶板均存在不同程度的纵向裂隙及碎裂带。2号区域为未开采区域,钻孔内窥视试验证明其内部岩体结构较完整,未出现裂缝、垮塌等现象。为消除老空水和采空对煤矿开采的影响,拟采取"膏体材料+水泥浆液充填注浆"的方案以形成有效的防隔水帷幕实现安全开采。     

岩石PFC2D模型细观参数确定方法研究

目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开,而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验,采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标定方法进行了研究。利用多因素方差分析确定了模型细观参数对宏观力学指标的影响程度,并建立了宏观力学参数与细观参数之间的关系。在此基础上提出了与岩石弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角相匹配的细观参数确定方法。研究结果表明：采用标定方法建立的数值模型的宏观力学参数以及单轴压缩应力-应变曲线与室内试验结果相近,能够很好地反映岩石单轴和三轴条件下的破坏模式,证明了标定方法的可行性。二维颗粒流程序PFC^2D对试验极限主应力关系曲线的拟合程度较差,这可能是由于平行黏结模型将形状不规则的矿物颗粒理想化为圆形颗粒,而颗粒形状可能会影响到颗粒间的咬合作用。