用于核废料处理的岩盐溶腔力学特性

综合各国研究成果,分析岩盐的蠕变、渗透、防辐射力学效应、盐腔内卤水的热膨胀等力学特性、以及盐层倾角、岩盐溶腔围岩的应力和应变,溶腔的几何形状和溶腔顶板稳定性等影响岩盐溶腔稳定的主要因素,可知岩盐溶腔用于核废料处置是安全的并具有较好的应用前景.     

岩盐溶腔围岩应力分布规律的有限元分析

在有限元数值计算的基础上，分析了岸盐溶腔围岩地应力等值线图以及主应力随深度和水平方向的变化规律，探讨了溶腔顶板跨度、溶腔水压力以及岩盐层埋深等因素对岩盐溶腔围岩地应力分布的影响。研究认为，主应力一般将随深度的增大而增大；离岩盐溶腔的越近，岩盐溶腔对其周围地应力分布的影响程度也随之增大。随着顶板跨度的增加，在岩盐溶腔边界的地应力集中愈明显，且波及的范围愈大；随着溶腔内水压力的逐渐增大，岩盐溶腔围岩内的地应力集中逐渐削弱；随着岩盐层埋深的增大，岩盐溶腔围岩内地应力集中现象愈加明显，且其围岩内的地应力绝对值也将明显增大。     

浅埋薄层岩盐溶腔稳定性的数值模拟计算

为了延长盐矿井的寿命，避免开采带来的地面沉陷，并合理利用形成的溶腔，必须探讨岩盐水溶开采过程中影响溶腔稳定性的因素，以便即时采取有效的防治措施。文章采用ADINA非线性有限元程序对薄层岩盐水溶溶解形成的溶腔稳定性进行了分析研究。结果表明，对薄层岩盐矿床而言，溶腔的稳定性随其高度的减小而显著增强，随跨度的增大而有减弱的趋势，倾角对溶腔的稳定性影响很小；圆柱形溶腔最为稳定，其次为倒锥形，组合模型为过渡形态；影响溶腔稳定性的因素由强到弱顺序为：溶腔高度，溶腔的几何形态，溶腔的跨度，岩盐层的倾角。     

岩盐储气库水溶建腔岩盐溶蚀模型研究

为了深入研究岩盐水溶机理及溶腔形状变化规律,在岩盐水溶物理机理研究的基础上,根据物质平衡原理和Fick第一扩散定律,导出了水溶造腔腔体边界变化的动边界方程,建立了完整的岩盐溶蚀数学模型.通过计算机数值求解方法,对岩盐溶腔过程进行了动态模拟研究.结果表明,该岩盐溶蚀数学模型能够有效的反映腔体形状的变化规律,指导储气库水溶建腔.     

岩盐溶腔渗透率研究的一些进展

岩盐溶腔由于其安全、经济的优势，在国外能源储备中得到了广泛的应用，岩盐的渗透率对溶腔的稳定性有着重要的影响，但由于岩盐是一种特殊的软岩，其渗透率的影响因素比较复杂，由于压力是影响岩盐渗透率的重要因素，目前，国内外对这方面进行了深入的研究，并取得了一些进展。     

关于地下岩盐溶腔利用的特性研究

岩盐的蠕变、卤水的热膨胀以及卤水的渗漏是影响地下岩盐溶腔长期演变过程的三个主要因素．综述了国外在这三个方面的研究现状，以及国外学者所得到的一些结论．由于我国对岩盐溶解机理、岩盐溶腔的利用以及岩盐溶腔长期演变特性的研究相对薄弱，提出了在地下岩盐溶腔利用的过程中的一些建议．     

岩盐溶腔稳定性的相似模拟设计原则和依据

根据弹性力学和相似理论的基本原理，对岩盐溶胶稳定性进行相似模拟设计。提出并论证了平面应力相似模型存在极限模拟采深．对超过极限模拟采深的１０００ｍ采深岩盐溶腔稳定性相似模型进行简化及系数修正。试验表明其结论是准确可靠的。     

夹层对岩盐储气库水溶建腔的影响分析

为了研究夹层对岩盐储气库水溶建腔的影响,根据小挠度的薄板弯曲模型,建立岩盐地层中夹层的数学模型,通过对岩盐储气库水溶建腔进行动态模拟数值计算,分析夹层对岩盐储气库水溶建腔形态和建腔周期的影响规律,同时给出了夹层的强度较核和断裂极限长度的求解方法。研究结果表明,岩盐储气库应选择在夹层数量尽量少而薄的地层条件下建设,有利于腔体形态的控制,同时能够有效降低溶腔周期。     

盐类矿床水溶开采机理分析

分析了盐类矿床的水溶开采机理，岩盐在水溶液中的溶解机理与规律，岩盐溶解之后的盐溶液运移传输规律，以及水力压裂双井对流系统溶腔形状的变化分析，通过理论分析，给出了岩盐溶解机理的数学表达式，盐溶液密度分布规律；运用流体力学理论，建立了水溶开彩盐溶液的运移传输规律，并最终建立了水溶开彩的数学模型，及水溶开朋中岩盐溶解、盐溶液运移及溶腔变形的控制方程，为水溶开彩理论的建立奠定了一定基础。     

临近溶腔内压对隧道初支稳定性影响的模型试验

部分未经处理溶腔填充物复杂且受季节性、突发性降雨影响,溶腔内压增大会影响临近隧道结构稳定性,易导致施做后的初支结构失稳.以某三车道公路隧道为依托,开展了隧道开挖后承压溶腔对初支力学行为影响的模型试验.试验中逐级增加溶腔内压,测试了隧道洞周位移、初期支护内力及背后围岩压力的变化特征,研究承压溶腔位置及内压对隧道初支稳定性的影响.试验结果表明:隧道临近溶腔处洞周位移随溶腔内压增大而变大,达到临界内压时突然增大;承压溶腔内压增大显著增大了钢拱架临近溶腔测点处的弯矩,使钢拱架轴力水平整体提升;同时增大了临近溶腔位置处及墙角处初期支护背后围岩压力,造成初支受力不均匀.洞周位移发生突然增大、钢拱架在轴力和弯矩共同作用下达到屈服强度时,初期支护结构失稳.在试验设定的溶腔尺寸及间距下,仰拱处存在溶腔时,内压增大,隧道初期支护最先失稳.     

风雪共同作用下门式刚架厂房的动力稳定

结合数值计算和风洞试验,研究门式刚架轻型钢结构厂房在风雪耦合作用下的动力稳定性.通过CFD(计算流体动力学)方法,模拟厂房屋面上的风雪耦合作用,由风洞试验获得厂房表面的非定常气动力,然后将门式刚架厂房作为空间刚架体系,利用Budiansky-Roth准则研究其动力稳定.研究表明,数值模拟得到的积雪漂移现象与屋面上气流的运动规律基本一致,不均匀积雪使门式刚架厂房在风场中的动力稳定性显著降低.     

放顶煤工作面顶煤介质状态分析

本文根据现场实测、相似模拟实验和有限元计算结果,对放顶煤工作面推进过程中,顶煤移动变形规律和介质状态转化机制进行了综合分析研究;论述了顶煤介质状态转化对工作面支架的作用,不同强度顶煤在工作面控顶区上方的性态分布和放顶煤线处的垮落特点;提出了适应顶煤介质状态转变的支架结构形式及力学特性,不同顶煤条件下的放顶煤方案。     

加固顶板和两帮控制回采巷道底臌研究

回采巷道围岩是由顶板、两帮和底板共同组成的复合结构体,各部位的岩体强度、应力状态及变形破坏等特性方面的差异显著,尤其受采动影响后,巷道围岩各部位变形发展不均匀性显著,往往造成巷道围岩产生结构性失稳破坏。为提高巷道围岩的结构稳定性,通过理论分析和数值模拟分析了提高顶板和两帮强度对底板岩层稳定性的影响。研究结果表明:加固顶板减小了顶板挠曲位移量,同时可以促使围岩应力向深部围岩转移,降低了底板岩层的应力集中程度,有利于控制底板变形;加固两帮可以提高巷道两帮围岩强度,促使应力向两帮转移,有利于减小发生底鼓的底板岩层宽度和两帮移近量,从而减小底板的挠曲效应和压曲效应。分析结果还表明,加强两帮对于减小底鼓量的效果更为明显。在上述分析的基础上,进行了加固顶板和两帮控制巷道底鼓支护技术的现场工业性试验,试验结果表明加固顶板和两帮可有效地控制巷道底鼓。     

构造应力对煤层顶板稳定性影响的数值分析

煤层顶板垮落是煤矿生产常见的灾害,煤层顶板稳定性预测是防治顶板事故的关键技术措施。构造应力是影响煤层顶板稳定性的重要因素之一。利用FLAC3D软件,分析在构造应力的影响下煤层顶板在采动过程中的变形破坏特征,以及不同侧压条件下煤层顶板的移动规律。结果表明,顶板破坏在岩梁中部是由下向上发展的,在一定的条件下,随着水平构造应力的增大,顶板破坏范围逐步减小,顶板岩层的位移逐步减小。     

用突变理论分析冲击地压发生的物理过程

本文针对煤柱冲击地压的非稳定问题,提出了一个简单的力学模型,用突变理论的尖角型突变模型研究了冲击地压发生的物理过程.得到判断冲击地压发生的必要条件和充分条件.同时得到了冲击地压发生后,顶板下沉的突跳值和所释放出来的能量表达式.本文在失稳理论的基础上,更加深化了对冲击地压失稳过程物理机制的认识.     

富水岩溶隧道下穿充填型溶腔技术措施及力学分析

为解决富水岩溶地区隧道下穿充填型溶腔时发生的突水涌泥灾害,以云南玉磨铁路巴罗二号隧道为背景。运用有限元软件MIDAS GTS NX建立充填型溶腔处治前后两种工况下的隧道模型,对两种工况进行力学分析,提出在充填溶腔位置采用超长管棚加固的方法对围岩变形进行控制,并通过现场试验段验证超长管棚加固效果。结果表明：在采用超长管棚加固后,溶腔与隧道间塑性贯通区消失,围岩竖向位移降低76.3％,左侧拱腰收敛降低63.85％,模拟值与现场实测值吻合度较高,证明采用超长管棚加固后隧道结构稳定性明显增强。超长管棚弯矩值和轴力值随开挖进度不断增大,但分布逐渐均匀,超长管棚应变解析解与软件模拟数值解分布规律基本一致,表明管棚在稳定围岩方面效果显著。现场试验段应用超长管棚加固措施后,围岩变形量值得到有效控制施工工期缩短,有效提高施工效率且效果良好,保证了后续施工的安全。     

基于FLAC3D-RSM的采空区失稳概率分析及验证

 针对某矿山开采后存在大量残留采空区容易导致安全生产事故的工程实际,为了准确判定这些采空区的稳定性情况,以该矿山54-6^#采空区为例,运用Midas前处理功能生成网格模型导入到FLAC^3D进行数值分析,并结合计算响应面法(RSM),对采空区发生失稳破坏的可能性进行综合分析,结果表明该采空区存在失稳风险。然后对该空区进行先后两次精密探测,将两次测量的空区模型进行差异分析,验证了数值分析和失稳概率分析结论的正确性。本文对矿山其他的残留采空区的稳定性的评价找到一种可靠方法,对矿山的安全生产具有一定的指导意义。     

基于协同回采的深部厚大矿体分段充填采矿法

针对预控顶分段充填法在深部开采存在的预控顶巷道掘进工序繁杂、顶板易受爆破震动影响等缺点，本文提出垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法(协同回采分段充填法)。该方法通过改变顶板支护工序的顺序，将预控顶变为后压顶，能够有效地解决顶板围岩稳定性问题。进而对协同回采分段充填法进行优化研究：一方面，通过 SURPAC 到ANSYS的模型转换技术，进行采场稳定性数值分析，获得最佳的结构参数；另一方面，通过分区出矿分区支护的方式，解决两帮支护不到位和出矿效率低的问题。将该方法应用于新城金矿V#矿体开采，结果显示顶板岩移量显著减小，且各项经济技术指标均得到改善，实现了高应力条件下厚大矿体的安全高效开采。     

岩性弱结构巷道顶底板弱结构体破坏失稳分析

根据岩性弱结构巷道的层状岩体结构特征，分析了项、底板弱结构体岩层的破坏类型及特征，以及离层与挠曲型项、底板和剪切破坏性项板的稳定性，对岩性弱结构巷道围岩的控制具有一定的参考价值。     

Comprehensive assessment on dynamic roof instability under fractured rock mass conditions in the excavation disturbed zone

The damage process of fractured rock mass showed that the fracture in rocks induced roof collapse in Yangchangwan Coal Mine, China. The rock mass was particularly weak and fractured. There occurred 6 large-scale dynamical roof falls in the excavation disturbed zone (EDZ) with the collapsing volume of 216 m3. First, the field detailed geological environment, regional seismic dynamics, and dynamic instability of roadways were generally investigated. Second, the field multiple-index monitoring measurements for detecting the deep delamination of the roof, convergence deformation, bolt-cable load, acoustic emission (AE) characteristic parameters, total AE events, AE energy-releasing rate, rock mass fracture, and damage were arranged. Finally, according to the time-space-strength relations, a quantitative assessment of the influence of rock-mass damage on the dynamic roof instability was accomplished.