基于大数据挖掘的深土井壁极限承载力模糊随机模型

为有效抵御地下结构工程中复杂多变的外荷载,提升深土井筒支护的安全可靠性,运用两淮矿区深厚冲积层井壁为原型,按相似性原理浇筑钢筋混凝土井壁模型,进行了大量钢筋混凝土井壁模型的极限承载力试验,结果发现影响井壁极限承载力的主要因素有混凝土抗压强度、厚径比和配筋率。其中,混凝土抗压强度对井壁承载力影响较为明显,配筋率影响较弱,但各影响因素在深厚冲积层实际工程中又伴随着不同程度的不确定性。针对深厚冲积层井筒施工过程中极限承载力及其影响因素的模糊随机性,以大量井壁试验和两淮矿区的钢筋混凝土井筒工程参数作为大数据样本集,分析结构材料、几何参数和计算模式的不确定分布情况,得到混凝土抗压强度、厚径比和配筋率的模糊随机分布规律。采用最大期望算法(EM)优化传统的大数据HMM挖掘模型,分别经过E步骤计算极大似然估计值和M步骤计算参数期望估计,改进后模型经过两次模糊随机过程,相比原算法具有误差小、效率高和收敛快等优点,更能满足实际地下工程中的不确定特性。基于改进后的大数据挖掘HMM算法,综合大数据环境下的材料性能、几何参数和计算模式的模糊随机分布,建立大数据挖掘井壁极限承载力模糊随机模型,实例证明该模型更加可靠合理,更具有工程实用价值。     

基于加权双剪强度理论的高强井壁结构理想弹塑性解

为更方便获得高强井壁的极限承载力,基于加权双剪强度理论,考虑不同中间主应力效应,分2种情况分别求解厚壁圆筒的理想弹塑性解:①厚壁圆筒在外压p₀作用下处于全弹性状态,加上轴压P后处于弹塑性状态;②厚壁圆筒仅在外压p₀作用下处于弹塑性状态。得到了基于加权双剪强度理论的厚壁圆筒的弹塑性应力解公式、弹塑性极限承载力公式、塑性区半径表达式,并给出不同中间主应力的适用条件;对情况②中的极限承载力公式进行修正,给出了C70高强混凝土井壁极限承载力修正公式,用修正的极限承载力公式计算的高强井壁极限承载力与试验值相比,误差在±3%左右。修正的极限承载力公式将对井壁结构的优化设计具有重要指导意义。     

变幅循环加卸载下硫酸盐侵蚀混凝土力学与变形性能

变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能演化规律。结果表明随着硫酸钠浓度和侵蚀时间增加,试件强度降低、破坏时完成的变幅循环次数减少。累积残余应变随着加载应变增大呈上升趋势,变化速率不断提高;加载应变差始终大于累积残余应变差,随着循环次数增加逐步接近;动弹性模量和塑性变形率随着循环次数增加整体呈提高趋势;耗散能随着循环次数增加而增大,尤其是在后期耗散能变化速率增快。     

深井煤矿TBM掘进巷道围岩扰动特性监测研究

以张集煤矿TBM掘进采煤工作面高抽巷为研究对象,采用基于布里渊背向散射的分布式光纤传感技术(BOTDR),监测TBM掘进扰动下围岩的变形、扰动特性。通过在试验巷道前方和侧方施工监测钻孔,安装分布式传感光纤,使传感光纤与围岩变形协调。在TBM掘进过程中,通过监测和分析监测光纤的应变分布特征及其动态变化过程,获得了TBM掘进过程中对围岩的扰动特性。TBM掘进时对掌子面前方的岩石扰动影响范围为5~7 m。在围岩深度4~12 m范围内出现压应变,而在围岩深度12~18 m的范围内出现拉应变,巷道围岩未出现明显的大范围破坏。相较于传统的钻爆法施工,煤矿岩巷TBM法施工掘进效率更高,对围岩扰动更小。     

基于加权双剪强度理论的井壁竖向承载力研究

为掌握煤矿井壁结构竖向极限承载特性,进行了理论与试验研究,并基于加权双剪强度理论,求解了井壁在围压和轴压共同作用下的弹塑性解。以C60、C70强度等级混凝土井壁为例,利用数值模拟结果对得到的井壁竖向极限承载力公式进行修正,并将模型试验值、模拟值、修正后理论值进行对比分析。结果表明:与试验值相比,模拟值和修正后理论值最大偏差分别为3. 15%、5. 13%,修正后的竖向极限承载力公式对井壁模型试验和立井井筒设计具有一定的指导意义。     

冻结井壁高强高性能混凝土配制及应用

深冻结井筒采用高强高性能混凝土井壁,可减小冻结孔布置圈径,减少冻结孔数量,节省冻结孔施工时间和管材费用;同时可减小井壁厚度,减少掘进量,加快掘进速度,取得较好的技术经济效益。对冻结井壁高强高性能混凝土进行了配制试验研究,得到了最优配合比,并成功地应用于巴愣煤矿3个深冻结立井工程,取得了很好的效果。     

考虑岩石流变及应变软化的深部巷道围岩变形理论分析

为深入探究岩石流变作用下巷道围岩变形分区机理及弹塑性理论解,基于巷道围岩在流变作用下所能承受的最大应力值应为岩石的长期强度这一重要特性,结合岩体峰后应变软化及扩容特性,推导出巷道围岩四分区应力、位移及半径解析解,并揭示黏聚力软化模量与内摩擦角及初始黏聚力之间的量化关系.通过算例验证该理论的可行性,并分析流变作用下不同围...     

应力-渗流耦合作用下井壁混凝土力学性能试验研究

为研究应力-渗流耦合作用下井壁混凝土力学性能变化规律,配制出两种强度等级井壁混凝土,设计渗透压为4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa,开展三轴耦合渗透性试验.结果表明:相同围压作用下,随着渗透压增大井壁混凝土峰值强度降低、割线弹性模量减小;相同渗透压作用下,随着围压增大井壁混凝土峰值强度增大.渗透压对混凝土峰值强度有一定影响,但起主导影响的是围压.同时将井壁混凝土应力应变全过程渗透率变化情况划分为四个阶段,建立了相应的概念模型用于描述各阶段力学行为.     

高应力软岩巷道支护技术研究

许疃矿南翼运输大巷地质条件复杂且受高应力作用,巷道变形严重并难以趋于稳定,以往采用的U形钢强支等支护方法均不能从根本上解决问题。通过数值模拟及工程实践,提出了"锚杆与金属支架相互增强"原理,采用此方法支护后,取得了预期的效果,能够有效地抑制巷道的变形并且经济效益显著。