不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律

断层破坏覆岩地层的整体性,影响岩土体的强度特性和变形性质,导致开采沉陷规律更为复杂。为研究不同覆岩地层与正断层共同影响下煤层开采地表沉陷规律,构建不同覆岩地层正断层下盘煤层开采覆岩运动与地表变形的理论模型,数值模拟分析不同覆岩地层正断层下盘煤层开采地表下沉规律与特征,结合实例进行了对比分析。结果表明：地表移动变形范围与松散层厚度密切相关,随松散层厚度的增加,相较于无断层一侧,地表下沉盆地在断层一侧的移动变形范围先减小后扩大再减小,最终与无断层一侧相同;厚基岩地质条件下,随松散层厚度增加,地表产生裂缝的位置由断层露头先向采空区偏移后向断层上盘偏移;厚松散层地质条件下,松散层吸收了断层诱发的非连续变形,随松散层厚度增加,地表由偏态下沉盆地逐渐变为对称的下沉盆地。     

不同土岩比地表沉陷特征数值模拟分析

为了探讨土岩比变化较大情况下地表移动变形规律,本文结合某真实矿区岩层状况,建立不同土岩比组合情况下的数值模型,并对其进行模拟分析,得到了不同土岩比条件下地表移动变形规律.随着松散层厚度的增加地表最大下沉与位移值先成对数增长,当达到巨厚松散层厚度后该值成线性趋势,并趋于稳定.随岩层厚度的增加,地表的沉降和位移在不断减小,沉降区域逐渐平缓,当岩层厚度达到某一数值时,地表位移与沉降数值会发生小幅度的上涨说明了岩层中阻止松散层沉降的控制层在整个沉降过程中的重要作用.该规律为土岩比变化较大的矿区的沉陷预计提供参考依据.     

荷载作用下老采空区上方地表移动变形规律的数值模拟研究

利用数值模拟方法,分析了开采深度和松散层厚度对采空区地表移动及变形量的影响,系统地讨论了地表移动变形规律.试验结果表明:地表残余下沉量和变形量随着开采深度的增大而减小,随着松散层厚度的增大而增大.     

尾矿粗细颗粒分层结构体的力学特性分析

利用室内三轴试验和直接剪切试验,研究尾矿粗细颗粒分层结构体的力学特性,包括尾矿粗细颗粒2层结构和3层结构,同时考虑分层厚度变化的影响。三轴试验结果显示：分层结构体的内聚力一般比单一粗粒尾矿和细粒尾矿的低,内摩擦角介于单一细粒尾矿和粗粒尾矿的之间;在2层结构中,试件的内聚力随着粗粒尾矿层厚度的增加而减小,内摩擦角随着粗粒尾矿层厚度的增加而增大;在3层结构中,粗粒尾矿作夹层时,结构体的内聚力随着夹层厚度的增加而显著减小,以细粒尾矿作夹层时,结构体的内摩擦角随着夹层厚度的增加而减小。直接剪切试验结果显示：分层结     

地表移动影响范围与地质采矿条件关系数值模拟

随着采空区增大，地质灾害不断增多，有必要对采动影响范围进行研究。10 mm下沉边界是确定影响范围的重要指标，且FLAC3D适合求解非线性大形变问题，因此可以将其用于探究地表移动影响范围(L)与地质采矿条件的关系。实验以某矿区A工作面和另一矿区B工作面为背景，通过建立数值模型，运用控制变量法探究了L与岩层厚度、松散层厚度、工作面开采尺寸、覆岩岩性的关系，给出了L的计算公式并对变化规律进行了理论与力学分析。结果表明：L与岩层厚度、松散层厚度呈正相关关系，L与采长呈负相关关系，L在关键层变软弱后显示出了轻微增长。研究为煤炭的合理开采及矿区地表建构筑物保护提供科学依据。     

砂土微宏观性质相依关系研究

为了研究砂土微观力学性质,采用了离散单元法对砂土进行三轴试验模拟,并引入抗转动模型来表征砂土颗粒的抗转动效应。通过对选取的不同法向接触刚度、刚度比、颗粒内摩擦角、滚动刚度系数以及塑性弯矩系数进行三轴排水数值试验,得到了砂土不同微观参数与其宏观力学性质的对应关系。试验结果表明:法向接触刚度对砂土弹性模量影响显著,并呈现正相关线性关系;刚度比与砂土泊松比呈现较为显著的负相关线性关系;颗粒内摩擦角对砂土宏观内摩擦角影响显著,滚动刚度系数影响砂土残余强度,塑性弯矩系数主要影响峰值强度。     

充填开采充填率与地表移动规律的数值模拟研究

为研究充填开采重要参数充填率与地表移动变形之间的关系,结合某煤矿工作面,采用FLAC3D数值模拟方法,对充填开采不同充填率条件下地表沉降规律进行了模拟计算.结果表明:充填率与下沉系数呈指数关系,与水平变形和倾斜变形呈二次函数关系,与曲率变形为指数关系;当充填率增加时,地表变形快速减小,当充填率增加到80%以上时,地表下沉及变形值减小幅度趋缓;充填开采有效改善了围岩力学环境,不同的充填率影响了覆岩"三带"的岩体力学性质,使得下沉系数及地表变形与充填率呈非线性关系.本文结论对充填开采控制地表变形,保护地面建筑物具有一定的理论参考价值和实践指导意义.     

不同含水率下细粒含量不同对土的抗剪强度的影响

由于土体的粒组成分不同,所以在不同含水率条件下土的物理力学性质存在差异.为研究某水电站右岸坝肩岩体层内错动带夹层土样(细粒含量少)与某水库右岸边坡滑带土土样(细粒含量多)的物理力学性质,本文将通过颗分试验、直剪试验等来探究不同含水率对细粒含量不同的土的抗剪强度、内聚力及内摩擦角的影响.研究结果表明:细粒含量少和细粒含量多的抗剪强度均与土的含水率有关,随着含水率的增加抗剪强度均减小,且都是先小幅降低,后在塑限处急剧降低.随着含水率的增加,内聚力均逐渐减小,且内聚力与含水率之间均有良好的对数关系.随着含水率的增加细粒含量多的土内摩擦角较细粒含量少的土内摩擦角变化明显,同时细粒含量多的土内摩擦角变化出现明显的分段现象,土的塑限即为转折点.     

地铁隧道土体参数敏感性分析与正交反演

以郑州地铁工程为依托,现场监测数据为依据,采用敏感分析和数值模拟相结合的研究方法进行地铁盾构隧道土体力学参数的反演分析.利用MATLAB神经网络工具箱计算平台,计算分析土体变形量与其对应的力学参数之间的非线性关系,构建BP神经网络的训练结构;以地表竖向监测位移为输入样本值,对土体力学参数进行位移反分析.研究结果表明:影响地表变形的主要土体力学参数敏感度依次为内摩擦角(φ)、弹性模量(E)、内聚力(C)、泊松比(μ).应用FLAC3D软件模拟分析地铁区间隧道盾构施工过程的力学特征,并将其成果作为反演分析的样本数集;杂填土层弹性模量E1为7.60 MPa,内摩擦角φ1为22.5°;粉土层弹性模量E2为19.68 MPa,内摩擦角φ2为27.7°;粉质黏土层弹性模量E3为12.98 MPa,内摩擦角φ3为19.5°.现场应用证明了该方法的有效合理性.     

厚松散层薄基岩特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

我国西部矿区的煤炭开采,具有煤层厚度大、基岩薄、开采强度大等特点,导致覆岩严重破坏,地表变形剧烈,出现地裂缝、台阶、塌陷等较大非连续变形,引发多种地质灾害并造成地表建筑物严重损坏。本文针对厚松散层薄基岩特厚煤层条件下,综放开采形成的覆岩破坏特征及下沉、地裂缝、台阶等的观测分析研究,得出了厚松散层薄基岩综放开采较常规条件开采,具有下沉系数大,下沉速度快,移动的初始期、活跃期更短,在开采边界内侧形成永久台阶的沉陷特点。揭示了工作面薄基岩伴随周期来压,在水平方向上形成动态压力拱,上覆岩层呈梯型断裂,发育至松散层内部,迅速传递至地表,形成台阶裂缝的覆岩破坏机理。该研究可为煤矿生产安全管理及地表垮塌灾害防控技术制定提供借鉴。     

温度对季冻区粉质黏土强度及变形特性的影响

为研究温度变化对天然状态及饱和状态下粉质黏土强度以及变形的影响,以典型季冻区广泛分布的粉质黏土为研究对象,通过GDS非饱和土三轴测试系统对天然状态下非饱和土以及GDS温控式静/动三轴测试系统对饱和粉质黏土,在不同温度条件下进行三轴试验。对试验结果进行研究分析可得：非饱和以及饱和粉质黏土的应力-应变曲线均呈现出应变硬化的特性。非饱和粉质黏土的黏聚力随温度降低表现出不断增加的趋势,而内摩擦角随温度降低逐渐减小,但整体变化趋势较小。饱和土的黏聚力与非饱和土变化趋势相同,随温度的降低其黏聚力逐渐增加,但相同温度时其黏聚力小于非饱和土,其内摩擦角则呈先减小后增加的转变趋势。无竖向压力作用时,相同围压条件下,非饱和与饱和粉质黏土轴向变形量随温度降低而增加,相同温度条件下,两者的轴向变形量随围压的增加会有所减小。试验成果可为季冻区粉质黏土地层工程的设计施工提供理论依据。     

汶川地震灾区松散土体岩土特性研究

汶川地震灾区地震诱发了巨量的松散固体物质,呈非均质、欠固结、空间结构复杂,岩土特性具有特殊性。以都江堰虹口深溪村锅圈岩沟为例,在地震诱发滑坡遥感解译的基础上,通过原位渗透、直剪和三轴实验,系统研究了汶川地震灾区松散土体的岩土力学特性。地震诱发的滑坡堆积体主要分布在源区坡度≥30°的区域,平均堆积厚度约为15 m,储量达20×10~4m~3。渗透实验表明,松散土体初始和稳定入渗率均较大,主要与其大空隙、大裂隙、欠固结等特性有关;此外存在内部侵蚀、细颗粒迁移现象。直剪实验中松散土体黏聚力和内摩擦角随黏粒含量增加而增加、但随含水率呈先增大后减小的趋势。三轴实验结果表明,应力随应变的增加而增加;且在不同含水率条件下增长速率不同。围压越小,剪应力达到峰值引起的土体应变越小,土体越易破坏。孔隙水压力随应力和应变的增加而增加,土体破坏后,孔隙水压迅速降低,之后随着应力和应变的增大,孔隙水压力呈现回升。研究成果可以为锅圈岩沟泥石流致灾机理、预警阈值、防治工程关键参数设计等提供科学依据。     

含水率对滑带土力学特性的影响研究

通过4组不同含水率千枚岩碎屑土滑带样的三轴排水剪切试验,研究了含水率对滑带土力学特性的影响。研究表明:千枚岩碎屑土滑带样三轴剪切破坏后没有明显的剪切面;应力应变曲线总体上表现为硬化型,且呈现出明显的非线性;随千枚岩碎屑土滑带样的含水率增大,其粘聚力和内摩擦角都是减小的,但敏感性有所不同。     

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了五种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55g/cm3时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。     

干湿循环条件下秸秆灰渣改良膨胀土试验研究

膨胀土是遇水较为敏感的特殊土,所以研究膨胀土在干湿循环条件下的抗剪强度特征非常重要,尤其是对改良膨胀土的研究更有实际的工程意义。通过室内直接剪切试验,研究了膨胀土及秸秆灰渣改良土的抗剪强度特征。试验证明,膨胀土的抗剪强度随着灰渣含量的增加而增加,在灰渣含量为17%时强度及黏聚力达到最大值;而改良土的内摩擦角随着灰渣含量的增加而增加,同时改良土强度随着竖向力及养护龄期的增加而线性提高;干湿循环试验证明,膨胀土随着秸秆灰渣含量的增加抗剪强度衰减程度逐渐减小,试样的抗剪强度在第1次干湿循环时衰减较大;4次干湿循环后膨胀土黏聚力从37.0kpa,衰减到4.0 k Pa,内摩擦角衰减范围是28.3~11.64,17%秸秆灰渣改良土黏聚力衰减范围是74.16~57.43,内摩擦角衰减范围是46.05~42.25;直接剪切试验表明17%秸秆灰渣改良土为最佳配比。     

碎石土地基的大型原位水平推剪试验与单环注水试验研究

为研究广州地铁十八号线陇枕停车场碎石土地基的力学强度特性及渗透规律,在典型的碎石土地基上选取了7个原位试验点,分别进行了颗粒级配分析、大型水平推剪试验和单环注水试验。研究结果表明:陇枕停车场碎石土地基呈现出缺乏中间粒径的不连续级配特征;碎石土地基强度指标与含石量关系密切,当含石量小于63%时,有效黏聚力随着含石量的增加迅速下降,有效内摩擦角随着含石量的增加迅速增加;当含石量超过临界值63%时,有效黏聚力和有效内摩擦角几乎没有变化;碎石土地基的渗透系数和含石量呈正相关关系;含石量为63%是陇枕停车场碎石土地基抗剪强度参数和渗透稳定性的关键特征值。     

裂隙密度对黄土抗剪强度影响的试验研究

黄土中节理裂隙十分发育,严重影响黄土的力学性质。尤其是对地下采煤引发的黄土滑坡进行评价时,除了需要考虑采矿引起的斜坡变形,还需考虑采煤引起的黄土裂隙化导致的强度劣化问题。本文通过三轴压缩试验研究不同裂隙密度的黄土在不同含水率下的抗剪强度参数变化规律。研究表明:随着裂隙密度的增加,内摩擦角呈明显减小趋势;黏聚力在低含水率下呈减小趋势,在高含水率条件下变化规律不明显。由于裂隙的出现,临近裂隙的土体应力重分布,应力方向发生偏转,垂直于裂隙的应力值趋近于零,主应力差增大,因此临近裂隙的土体发生局部破坏,这种现象的最终宏观表现之一为内摩擦角变小。较低含水率条件下,裂隙的存在,影响了土颗粒之间的连续性,宏观表现为随着裂隙密度的增大,黏聚力值在减小;但随着含水率的增大,水使土体胶结弱化作用加强,裂隙对土颗粒之间连结的影响作用趋弱,宏观上表现为黏聚力随裂隙密度非单调变化。     

冻融循环对永和原状黄土影响的试验研究

山西省内黄土分布广阔,对山西黄土地质灾害进行研究可以减少人民和国家的经济财产损失,对灾害的预防有重要意义。以山西省临汾市永和县阁窑沟渠原状黄土为试验对象,通过对比在封闭情况下冻融循环前后原状黄土的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的物理力学性质,研究原状黄土冻融后的变化规律。实验结果表明:冻融后土体含水率降低,黏聚力减小;土体在经历反复冻融后土体结构性减弱,抗剪强度降低;内摩擦角在围压较小时原始土大于冻融后土体,随着围压的增大冻融后土体的内摩擦角变大并大于原始土。最后通过室内试验的研究,分析了阁窑沟渠发生的滑坡与土体的冻融循环之间的联系,也为减少类似地质灾害的发生提出几点建议。     

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。     

建筑垃圾在高速公路路基填筑中的现场直剪试验研究*

采用一种适用于大颗粒的新型现场直剪试验仪,对建筑垃圾进行了直剪试验,分析建筑垃圾的剪切强度特性。建筑垃圾的现场组分分析结果表明,建筑垃圾主要由碎砖、碎石、混凝土等废料组成。对碾压成型后的建筑垃圾进行筛分试验,分析了建筑垃圾级配,得到了建筑垃圾颗粒破碎的分维。根据现场大型直剪试验结果,得到了不同正应力下剪应力-剪切位移和剪应力-正应力的关系曲线,确定了建筑垃圾剪切强度的峰值和残余值参数,峰值黏聚力和内摩擦角分别为40 kPa和36°,残余黏聚力和内摩擦角分别为23 kPa和32°,相比于普通填土,建筑垃圾的剪切强度较大。