考虑地震动行波效应的大型岩体地下洞室动力非线性反应分析

水电站地下厂房岩体洞室具有高边墙、大跨度和长轴线的特点.通过进行大量的数值模拟工作,研究这类长轴线(线长度为300～400 m)大型岩体地下洞室在不同地震动幅值的一致激励和行波激励作用下的动力非线性响应.数值计算中,洞室岩体采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑几何大变形非线性效应.对比分析一致与非一致2种地震动输入情况下该岩体洞室的动力响应.研究结果表明,对于具有同一频谱特性的地震动而言,地震动幅值对于地下洞室地震响应起决定性作用;当地震动幅值较小时(地震动幅值＜0.1 g),地震动行波效应对地下洞室的地震反应影响不大;当地震动幅值较大时(地震动幅值＞0.2 g),地震动行波效应会显著增加地下洞室的损伤破坏.因此,在进行类似的地下岩体洞室设计和地震动安全评价时,对于建在烈度较低区域的岩体地下洞室,可以不考虑地震动行波效应的影响,而对于建在烈度较高区域的岩体地下洞室,则应考虑地震动行波效应的影响.     

气爆卸压增透防治井筒揭穿煤层突出的数值模拟研究

爆破震动卸压增透抽采瓦斯是消除井筒揭穿低透气性煤层煤与瓦斯事故的根本措施。采用有限差分数值模拟的方法,研究了气爆冲击震动卸压范围对井筒揭穿煤层卸压增透防突效果的影响。结果表明:当冲击震动卸压范围较小时,井筒揭穿卸压煤层后,煤层无支承压力增高区的出现;当卸压范围较大时,则依次出现支承压力三区,且支承压力增高区的宽度有随卸压范围的增大而增加的趋势;冲击震动卸压存在一临界卸压范围,当卸压范围超过该临界范围时,煤层支承压力曲线由单峰特征转变为内外双峰特征,且外峰值小于内峰值,内峰值还明显小于无卸压和不超过该临界范围卸压范围时支承压力单峰值,还能使支承压力增高区向煤岩体深部转移,显著降低井筒揭穿瓦斯煤层发生煤与瓦斯突出动力灾害发生的频度及强度,为气爆冲击卸压防治井筒揭穿煤层突出的工程应用提供参考。     

岸塔式进水塔结构的抗震与稳定性分析

以某水电站的岸塔式进水塔为例,采用ANSYS有限元仿真技术分析了该进水塔的自振特性,应用 地震反应谱法研究了进水塔在三向地震动作用下的动力响应,与静力计算结果进行叠加并评价了进水塔 的抗震安全性,同时利用动力时程分析法分析校核了进水塔的稳定性,可供同类工程的设计与研究参考 。     

U型钢三心拱支架的优化设计

简述了影响三心拱支架架型选择的地质因素和国内各矿支架设计所存在的问题,并在已知三心拱支架架型和保证支架良好的承载能力的基础上,考虑三心拱顶弧所对的弧圆心角和其半径同时变化的前提下,编制了计算机程序,并用其对三心拱支架的搭接进行了优化设计,计算过程具有动态优化效果,计算结果精确合理,从而验证了程序的可靠性,解决了材料的不必要浪费问题。     

扩胀-摩擦式吸能防冲锚索及其力学特性

冲击危险巷道围岩冲击大变形造成锚固支护材料过载失效已成为深部煤矿巷道支护技术中亟待解决的工程难题.针对传统钢绞线锚索难以适应围岩冲击作用而出现的过载拉断问题,基于金属圆管扩胀塑性变形及摩擦耗能原理,研发了 一种扩胀-摩擦式吸能防冲锚索.采用塑性力学理论开展了吸能防冲锚索吸能原理解析分析,并结合正交模拟试验讨论了吸能装置...     

煤体坚固性系数和瓦斯压力对煤层深孔爆破增透的影响

基于FLAC 3D有限差分动力数值模拟及与室内实验和典型现场试验结果对比分析的方法,研究了煤层的瓦斯压力和坚固系数对高应力低透气性高瓦斯煤层深孔爆破增透效果的影响。有限差分动力数值模拟中,通过FISH语言的二次开发,同时考虑了煤层地应力、爆炸波时程、爆生气体时程的作用,且与以往煤体爆破裂纹扩展数值模拟不同的是,爆生气体时程不仅作用在炮孔壁处,还作用在裂纹表面之上。研究结果表明:煤层裂隙区随煤体坚固性系数的增大呈对数关系增大;煤层瓦斯压力的存在降低了煤体的有效强度,有利于煤层爆生裂纹的扩展;煤体坚固性系数和煤层瓦斯压力对煤层深孔爆破增透均呈现正效应的影响。     

不同地震动输入方向下的大型地下岩体洞室群地震反应分析

以某水电站为工程背景,建立该水电站地下厂房大型岩体洞室群有限元-无限元耦合动力计算模型.在洞室群开挖稳定后所形成的二次应力场和地震动荷载联合作用下,进行不同地震动输入方向下的大型岩体洞室群地震反应研究.研究结果表明,地震动斜入射对地下岩体洞室群的动力反应和稳定性有不利的影响,在进行类似的大型地下岩体洞室群地震动安全评价时应考虑地震动输入方向的影响.     

煤岩破裂过程电荷信号时-频域特性及降噪研究

为了拓展电荷信号综合分析手段,进一步提高电荷感应方法的煤岩体冲击地压预测准确性,将室内物理试验和理论分析相结合开展煤岩受载破坏电荷信号监测试验,基于煤岩破裂电荷信号产生机制和傅里叶变换方法获得了不同受载阶段电荷信号时-频域特征及其变化规律,并设计数字滤波器进行电荷信号降噪处理。研究结果表明:电荷时-频域信号幅值与煤岩受载变化具有良好的一致性;非接触式感应电荷信号监测装置工频白噪信号组成频率较固定,白噪时-频域信号幅值随采样频率升高明显提高;煤岩受载过程中时域信号特点为弹性后期小幅值振发型,强化损伤阶段高幅值振发型,峰后破坏阶段高幅值连续型;频域变换得出电荷信号为主频率范围1~100 Hz的甚低频率信号,且该范围内的频域信号幅值随时域信号幅值升高而显著增加,此试验结果是区别电荷信号与高频率电磁辐射信号的主要标志,基于研究结果设计了数字低通滤波器,较好的剔除了工频白噪信号同时又不失真的保留了有益信号;基于电荷信号的时-频域特性可将工频干扰信号与有益信号区分有效提高信号监测准确性,达到预测预警冲击地压发生的目的。     

U型钢三心拱支架的优化设计

简述了影响三心拱支架架型选择的地质因素和国内各矿支架设计所存在的问题，并在已知三心拱支架架型和保证支架良好的承载能力的基础上，考虑三心拱顶弧所对的弧圆心角和其半径同时变化的前提下，编制了计算机程序，并用其对三心拱支架的搭接进行了优化设计，计算过程具有动态优化效果，计算结果精确合理，从而验证了程序的可靠性，解决了材料的不必要浪费问题。     

防冲吸能锚杆(索)的静动态力学特性与现场试验研究

针对冲击危险巷道锚杆支护结构破坏特征及冲击载荷对锚杆–围岩支护系统的特殊要求,设计研发了新型防冲吸能锚杆(索)。基于塑性弯曲理论分析了吸能锚杆(索)的吸能原理,利用自主设计的静–动加载试验系统,进行吸能锚杆(索)的静力拉伸试验与冲击拉伸试验。结果表明:吸能锚杆(索)在拉伸过程中六角管衬里被挤压变形,同时给摩擦圆柱提供滑移阻力,六角管的管壁厚度、套筒内径及摩擦圆柱直径三者的装配参数对吸能阻力具有重要影响;无论是静力拉伸还是冲击拉伸,吸能锚杆(索)的轴力–位移曲线均存在轴力初始增长、轴力平稳和轴力突增—平稳3个阶段;在轴力平稳阶段内锚杆杆体基本处于弹性状态,摩擦滑移结束后,锚杆杆体开始受力屈服;吸能结构在吸收能量的同时很好的延迟或减缓了锚杆杆体受力屈服。与普通锚杆相比,吸能锚杆(索)具有良好的"自保护性"与"冲击适应性"。现场试验表明,吸能锚杆(索)能够有效削弱冲击能对巷道围岩的作用。