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。     

地应力对脆性岩体洞群稳定性的影响

利用岩体脆性破坏准则和Examine2D软件,分析不同地应力及洞形、洞群下围岩破坏深度af变化规律。基于中国大陆地应力分布规律,分析三大岩类代表性岩石性质随洞室埋深af变化规律并与实际工程进行对比。研究结果表明:af与主应力比k近似呈直线关系,随着k增加,屈服范围逐渐偏离最小主应力向45°夹角发展;单洞室破坏范围呈轴对称形式,多洞室破坏范围呈点对称方式;当主应力方向与洞轴连线呈45°时,屈服范围最易于合并;洞群效应随洞间距增加逐渐降低;洞形不同应力集中系数不同,选择长短轴长度之比与应力比k相接近的椭圆形谐洞,可有效降低破坏深度;af与岩石单轴抗压强度σc呈指数函数关系,当σc大于(9σ10-3σ30)(其中,σ10和σ30分别为最大、最小初始地应力)时,不会发生脆性破坏;af变化规律与实际结果具有较好的一致性;采用脆性岩体破坏准则可对破坏深度进行预测。     

黔西南锦丰金矿地应力测试及分布特征研究

黔西南锦丰金矿矿体最大埋深在900 m以上，随着开采深度的增加，应力环境变得极为复杂，巷道围岩失稳问题日益突显。针对黔西南锦丰金矿开发过程中面临的矿体赋存状态复杂、围岩稳定性差等问题，采用套孔应力解除法对锦丰金矿90 m、150 m中段进行现场地应力测试，获得了测点地应力赋存状态。结合研究区域的具体地质背景和相关实测数据资料，利用有限差分软件进一步分析地应力场影响因素。研究结果表明：90 m、150 m中段地应力场处于中高等应力水平，各测点主应力中有2个倾角较小，接近水平应力，1个倾角较大，接近垂直应力，实测σ_z基本等于上覆岩层重量γH;最大主应力方位角处于187～245°,整体呈NE-SW向，通过分析地应力场与区域地质构造的内在联系，总体可以推断，实测地应力场分布方向与构造应力方向基本一致；地形差异、断层构造及埋深等因素对地应力场分布特征产生一定影响。     

中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用

以迄今为止查阅到的中国大陆金属矿区实测地应力数据为基础,经优化处理后最终采用165组数据,基本覆盖了我国大陆主要金属矿山分布地区.采用回归分析法给出了中国大陆金属矿区测量埋深范围内的地应力场特征,并尝试从地应力的角度对中国大陆金属矿区断层的稳定性进行了讨论.结果显示,中国大陆金属矿区垂直主应力、最大与最小水平主应力总体上随埋深呈线性增加;最大与最小水平主应力之差Δσ随埋深的增加有增大的趋势,但规律性不显著;最大水平主应力与垂直主应力之比Kh,max主要集中在1.00~2.50之间,最小水平主应力与垂直主应力之比Kh,min主要集中在0.50~1.50之间,平均水平主应力与垂直主应力之比Kh,av主要集中在1.00~2.00之间,随着埋深的增加,3个侧压系数的变化幅度逐渐减小,Kh,max趋向于1.83,Kh,min趋向于0.80,Kh,av趋向于1.31;最大与最小水平主应力之比与埋深没有显著的关系,主要集中在1.5~2.0之间,近似服从正态分布;断层在埋深小于500 m范围内有滑动的可能,埋深超过500 m时,逆断层有滑动的可能,走滑断层处于相对稳定状态.     

大跨度矩形巷道围岩失稳破坏机制及数值模拟

巷道围岩的失稳破坏是资源开采阶段面临的重要问题。首先,对巷道围岩失稳机制进行了理论分析,探究巷道稳定性的主要因素,并基于ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同跨度巷道（4 、6 、8 、10 m）进行动静荷载耦合响应数值模拟分析。结果表明：当巷道埋深、底板梁厚度等因素一定时,巷道跨度是影响巷道围岩失稳的主要因素。巷道围岩在初始静应力场作用时,第一主应力随着跨度的增加呈现逐渐增大的趋势;跨度的增加（10 m）会使巷道围岩x和y方向的应力发生突增现象,均在巷道底板处有相对较大的拉应力。巷道跨度的增大,导致左右两帮的移近量有所增加;顶板下沉和底板隆起的程度显著增加,加剧巷道失稳破坏风险。在静动荷载耦合作用下,巷道围岩发生失稳破坏,破坏程度随跨度的增加而增加。     

基于蒙特卡洛法的地下盐穴储气库顶板可靠性分析*

随着国内地下盐穴储气库的快速发展,储气库安全可靠性的研究具有重要的工程意义。本文建立了基于摩尔库伦准则的盐穴顶板失效函数,采用蒙特卡洛抽样法对储气库顶板安全可靠性进行了分析,克服了传统方法难以实现储气库稳定性量化的缺点。应用该方法计算了国内某盐穴储气库顶板的失效概率和可靠性指标,计算结果表明：顶板的可靠性指标随着盐穴埋深增大和夹层数增多而减小,随着储气库内压增大和顶板跨度减小而增大;盐穴储气库选址时建议尽量采用埋深较浅,夹层数较少的优质盐岩层进行溶腔造穴;盐穴储气库的顶板跨度对顶板可靠性影响最大,在满足储气库库容量的情况下,应尽量保证盐穴跨径比小于1;储气库的运行宜采用运行压力较大的运行模式,尽量减小低压运行时间。     

深埋隧洞三岔口围岩稳定性计算理论

为研究辅洞与隧洞主洞相交的三岔口区围岩稳定性,基于弹塑性理论圆形孔口应力计算方法,推导出深埋隧洞三岔口围岩稳定性计算理论。研究结果表明:当辅洞与隧洞主洞夹角(α)为90°时,三岔口区围岩垂直应力σh达最大值,且σh随α和侧压力系数λ减小而减小;随着塑性圈半径R0减小,σh逐渐增大;由三岔口围岩到深部围岩,其应力集中系数K呈下降趋势;随着α增大,K也逐渐增大,直至α=90°时,K达到最大值;随着围岩等级降低,破坏深度Q逐渐增加,Ⅰ～Ⅳ级围岩三角区破坏深度递增趋势不明显,Ⅴ级围岩中破坏深度呈指数形式增加;当α一定时,理论最大等效跨度Ltmax仅与隧洞尺寸有关,极限等效跨度Lpmax还与Q有关;通过理论计算划定辅洞修建跨度的安全范围与极限范围。     

基于广义Hoek-Brown准则隧道围岩抗力系数研究

基于广义Hoek-Brown准则,并引入罗德参数ξ反映中间主应力的影响,在研究隧道围岩力学性质的基础上,推导出围岩抗力系数公式;并运用于工程实践。讨论在不同ξ及不同埋深条件下,抗力系数的变化规律。由研究结果可知,围岩抗力系数随着ξ的增大逐渐减小;随隧道埋置深度增加而减小。     

圆孔孔壁裂缝水压扩张的压力参数理论分析

运用水压致裂法和Griffith理论，对地应力场中岩体孔壁水压诱致裂缝扩展过程进行了分析，将孔隙压力作用下孔壁裂纹的扩展过程分为3个阶段，即孔壁破裂、第二次扩展、第三次破裂扩展阶段；且不同的破裂阶段分别对应着不同的水力压力。分析了含内压裂纹的扩展压力与原始地应力场及围岩力学特性的关系，随着岩体埋深由浅至深的逐渐增加，水力致裂圆孔的孔壁破裂压力变化由2个阶段过渡为3个阶段，且存在一个钻孔位置的临界埋深。为实际坚硬顶煤水力弱化的试验设计提供了依据。     

不同煤层倾角条件下区段煤柱应力分布数值模拟研究

针对平煤集团十三矿煤层倾角变化大,回采巷道支护困难等问题,通过岩石力学参数测试分别模拟煤层埋深300m、500m、800m和倾角0°、25°、30°情况下区段工作面侧向压力分布规律和区段煤柱受力情况,并对12020区段运输平巷（下巷）实体煤侧的应力及围岩变形监测、。研究结果表明：随煤层倾角增大下区段运输巷与上区段回风巷两侧应力承非对称分布,采场顶板应力分布也是高度不均匀、不对称的,侧向水平应力峰值随煤层倾角增大而增大,且工作面后方增加幅大于工作面前方;峰值位置随煤层倾角增大而逐渐靠近煤壁。煤层倾角加大时,应力明显偏向下区段运输巷,使得下区段运输巷顶部出现明显应力集中,随着煤层倾角的增大,这种差异有扩大的趋势。数值分析结果和现场抽采参数分析结果基本吻合,对区段煤柱优化和巷道安全支护具有重要意义。     

不同边界条件下液体静压油腔流场与承载稳定性数值研究

 液体静压支承系统因其承载性能好、摩擦阻力小、精度高、稳定性好的优点,逐渐成为现代高精度数控机床中的核心部件。研究不同情况下油腔承载稳定性对于提高机床加工精度具有重要意义。本文数值研究了不同边界条件以及不同转台转速下液体静压油腔内的流动状态和稳定性。选取圆形静压油腔为计算模型,转台转速范围为0-5m/s。研究结果表明：静态下,油膜厚度对油腔承载能力有很大影响,随着油膜厚度的增加,油腔压强降低,导致油腔承载能力降低;润滑油黏度增加,减弱了涡旋影响,增强了油腔稳定性;油腔深度和油腔入口半径增大,增大了涡旋影响,降低了油腔稳定性;转台的转动造成油腔中的压强分布不均,油腔压强沿转台运动的方向逐渐提高。提高转台转速,油腔内部流场中的涡旋位置和大小也会随之变化,入口附近的涡旋逐渐减弱并远离入口。涡旋的位置影响了油腔压强分布,贴于上壁面的涡旋导致上壁面压强上升,而远离上壁面的涡旋导致上壁面涡旋处的压强下降。     

煤层底板破坏深度的综合测试方法

在奥陶系灰岩岩溶承压水上带压开采时,用综合方法进行了观测,在室内做了相似材料模拟试验,得到了不同情况下的放(注)水规律;底板岩层水平及垂直方向受力情况;附加最大剪应力值;主压力方向;应力分布曲线;底板位移曲线及底板裂隙发育状况等,从而确定了底板破坏深度。     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响,应用弹塑性力学理论,基于Drucker-Prager屈服准则,推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式;再由极值点失稳理论,确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程,分析中间主应力系数对临界水压力的影响,结果表明:中间主应力对临界水压力有较大影响,采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa;与基于MC准则的计算结果做对比,发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能,可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

基于修正莫尔-库仑准则的围岩瞬态卸荷塑性变形分析

将卸荷视为动态过程,采用包含拉伸截断和帽盖模型的修正莫尔-库仑准则,对不同开挖形状和应力状态条件下围岩瞬态卸荷塑性区进行了分析.研究结果表明:瞬态卸荷可导致自由面附近产生塑性变形,造成围岩损伤弱化甚至破坏;拉伸应力是造成围岩动态卸荷破坏的重要因素;塑性变形随着埋深的增加而增大;最大压应力方向易于产生塑性变形,以拉伸变形为主,当初始应力满足一定条件时,最小压应力方向将产生严重压剪塑性变形;从卸荷的角度考虑,巷道断面曲率较大为宜,尽量避免直线形边界.     

大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策

本文以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托,对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发,结合能量及应力条件,运用有限元分析软件MIDAS-GTS-NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型,对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明：从力学角度来看,岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性,并发生在塑性岩体中,周围弹性岩体负责为其提供能量,围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件;隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素,其中埋深对其影响最为明显,围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性;隧道埋深在600 m左右时,围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法,结合施工钻孔取芯参数,最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区,具有发生岩爆的风险,施工时应当采取相关防范措施。     

弹体对岩石的侵彻深度

采用统一强度理论作为岩石的破坏准则,基于动态空腔膨胀理论研究了弹体侵彻岩石靶时所受的阻力,以及刚性弹体对岩石的侵彻深度,并分析了破坏准则、弹头形状、摩擦系数等因素对侵彻深度的影响,与试验资料进行了比较。结果表明,当弹体初始速度低于1200m·s-1时,采用双剪强度理论的计算结果与试验资料符合较好,该模型是合理的,可作为相关问题研究的参考。     

软土地基静力压桩的挤土效应及其防治

分析了软土地基中静压桩的挤土效应机理,依据圆孔扩张理论和有效应力原理,推导出塑性区影响范围、桩对土体的挤压应力、孔隙水压力估算公式等.最后结合工程实践,提出了防治或减轻挤土效应对周围工程环境影响的一些有效实用的措施.     

富水软弱破碎带大断面隧道施工渗流影响及控制效果分析

依托某大断面隧道工程为背景,通过数值模拟并结合现场实测方法研究了隧道不同埋深条件下拱顶沉降、水平收敛、整体围岩应力和塑性区分布规律,并在此基础上,又对隧道在富水条件下的孔隙水压力进行了探讨。结果表明:拱顶沉降、水平收敛位移与水位高度呈正相关,埋深对水平位移影响较小,但影响范围增大;且随着隧道埋深的增加,拱顶沉降和水平收敛位移将在与破碎带间隔10m左右开始呈“瀑布式”增长;围岩应力随埋深和水位高度呈线性增长,其最大值集中在在拱腰处,最大达到1.34MPa,增长速率受水位高度影响更大;塑性区主要分布在隧道两侧,但随着埋深增加,拱顶也出现少量塑性区,这对拱顶的稳定是十分有利的;隧道周围孔隙水压力与埋深和地下水位高度呈正相关。该项研究可为提升大断面隧道穿越断层破碎带施工提供有益的借鉴和参考。     

采空区大跨连拱隧道围岩稳定分析及其加固

为了深入研究复杂地质条件下大跨度双连拱隧道围岩稳定性及施工关键技术,以沪昆高速公路灯草塘隧道为依托工程,基于有限差分软件,建立灯草塘隧道实际地质模型,重点进行双向六车道连拱隧道邻近采煤空洞时的围岩稳定数值计算,结果表明:靠近空洞一侧的主洞水平位移及拱顶沉降均大于另一侧的,隧道底板隆起位移也存在同样的规律;空洞与隧道之间围岩最大主应力大部分为拉应力,靠近空洞侧隧洞围岩最大主应力与另一侧相比较差异明显,且空洞与隧道之间塑性区范围较大。另外,基于数值分析结果,结合隧道实际空洞情况,研究了Ⅵ级围岩条件下隧道附近采煤空洞的处置及围岩的加固技术。     

高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性

基于岩体工程中普遍存在节理裂隙岩体,裂隙岩体在地下工程卸荷扰动后形成复杂应力状态和高水头压力的共同作用下将发生压剪复合破坏或拉剪复合破坏,对裂纹面的应力状态进行分析以判定其破坏模式,并进一步研究岩体裂纹开裂特性及岩桥断裂贯通力学机理,建立相应的临界水压和初裂强度判据。同时,对处于水力劈裂状态的高水头压力隧洞围岩的破坏特性进行模拟。研究结果表明:隧洞在高渗透水压的驱动下周边围岩开始发生水力劈裂,形成拉剪劈裂区;随着内水外渗的发展,随即在拉剪劈裂区外侧形成压剪劈裂带,同时,拉剪区和压剪区继续扩展直至渗流衰减趋于稳定。