双裂隙复合岩层单轴压缩力学性质及损伤机理离散元模拟

针对存在内部裂隙的软硬互层复合岩层力学特性展开研究,采用PFC2D建立层状复合岩层离散元模型,通过对完整复合岩层试验细观参数进行校准并验证其宏观特性,研究分析平行双裂隙复合岩层的岩桥倾角与层理倾角对力学特性与破坏模式的影响,得出双裂隙复合岩层的5类最终破坏模式,揭示裂纹演化规律及位移场变化。研究结果表明：双裂隙复合岩层峰值强度随岩桥倾角增加呈现先减小后增加的趋势,而随层理倾角θ增大表现为“U”型变化规律;与完整试样相比,双裂隙复合岩层峰值强度降低4.4%～42.0%;双裂隙复合岩层破坏模式主要分为5种类型,分别为轴向张拉破坏(Ⅰ型)、穿层理剪切破坏(Ⅱ型)、穿层理拉伸破坏(Ⅲ型)、沿层理面滑移破坏(Ⅳ型)、沿岩层拉伸破坏(Ⅴ型);试样的破坏模式在θ=0°～45°时随岩桥倾角增加从Ⅰ型转变为Ⅱ型最后转变为Ⅲ型破坏模式,在θ=60°～75°和θ=90°时分别表现为Ⅳ型和Ⅴ型破坏模式;在θ=0°～45°时,翼裂纹垂直于主裂隙起裂,随岩桥倾角增大,翼裂纹沿岩桥倾角偏转并扩展成宏观破裂面,导致试样最终被破坏;在θ=60°～75°时,裂纹在层理面扩展形成宏观滑移面,导致试样破坏;在θ=90°时裂纹...     

方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用

方钢约束混凝土(SQCC)拱架作为复杂条件地下工程中的一种新型支护方式,具备很高的支护强度和后期承载能力,而拱架留设的灌浆孔因局部削弱和应力集中效应而成为拱架的关键破坏部位,对拱架整体承载能力具有很大的影响,需对灌浆孔进行补强处理以提高拱架开孔后的整体强度.针对SQCC开孔短柱进行室内试验及数值试验,对比分析短柱变形破坏形态、荷载位移曲线及极限承载力等力学性能,研究方钢约束混凝土拱架补强机制;建立约束混凝土强度及经济指标,综合对比短柱补强效果.以SQCC150×8短柱为例,留设灌浆孔后短柱极限承载力相比SQCC短柱降低29.9%;侧弯钢板补强(ASS)后短柱的强度指标达148.7%,经济指标为90.8%,补强效果最好,且补强钢板长度在180~240 mm范围内,厚度为8 mm时,侧弯钢板对灌浆孔补强效果最明显,经济指标增长率最大.侧弯钢板补强试验结果在全比尺拱架室内试验中得到充分验证,在现场巷道支护应用中效果良好,研究成果为约束混凝土支护设计提供了依据.     

扭剪荷载作用下桶形基础承载性能的弹塑性有限元数值分析

针对均质软黏土地基上扭剪荷载作用下桶形基础的破坏包络面,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析.通过比较系统的数值计算与分析,分别考察了V-T、H-T、V-H-T空间内桶形基础的地基破坏模式以及破坏包络面特性,进而推导了其破坏包络面的拟合数学表达式.由此表明:(1)桶形基础在扭剪荷载作用下,以桶体中心为圆心,形成圆形塑性区,并且不断地向外扩展,距离桶体越近的区域塑性应变相对较为显著;(2)V-T、H-T空间内桶形基础的承载力性能随着桶体长径比(L/D)的增大而提高;(3)推导的破坏包络面拟合数学表达形式,可以近似地表达桶形基础的承载性能,以此评价扭剪荷载作用下桶形基础的稳定性.     

扭剪荷载作用下桶形基础与土相互作用机理模型试验

基于室内模型试验分析方法,研究不同长径比的桶形基础结构在扭剪荷载作用下的破坏机理.结果表明:模型试验与数值计算结果吻合较好;随着扭剪荷载施加量的增大,桶形基础旋转角度不断增加,两者近似直线变化;荷载量急剧变化,旋转角度增幅迟缓;当扭剪荷载达到某一值时,荷载量增加缓慢,旋转角度急剧变化,两者近似直线变化.研究结果还表明:桶体内、外壁土压力分布均为对称形式,并且桶体内壁土压力大小由桶顶部向底部逐渐增大,桶体外壁土压力基本相同;桶形基础在扭剪荷载作用下,地基底部形成圆环剪切破坏,桶体周围以桶轴线为中心,产生旋转剪切变形,逐渐向周围扩散.     

榆树井煤矿地应力测量及分布规律研究

在榆树井煤矿风井井底车场布置2个测点,采用应力解除法进行现场地应力实测.实测数据表明:水平应力大于垂直应力,最大水平主应力为垂直应力的1.70～1.76倍,即井底车场的地应力以水平构造应力为主,水平构造应力对巷道稳定性影响较大;实测的最大水平主应力为最小水平主应力的1.90 ～ 1.93倍,即水平应力对巷道稳定性的影响具有明显的方向性.并根据矿区实测地应力资料,分析了矿井地应力大小、方向和分布特征.实践表明,钻孔套芯应力解除地应力测量法是测量矿井地应力的最快捷、有效的技术手段,为巷道布置及支护设计等提供了可靠依据.     

软土基坑SMW工法墙墙顶位移与嵌固比关系模拟试验研究

基于相似理论设计了SMW工法支护的软土深基坑支护开挖试验模型,由模型试验测得了各级开挖稳定后的SMW工法墙墙顶位移;在模型试验基础上,采用大型非线性有限元软件ABAQUS建立了特征墙段的三维有限元数值分析模型,由数值分析也获得了各级开挖工况下墙顶位移.比较了基坑模型试验及其数值模拟分析结果,并采用指数模型拟合了SMW工法墙墙顶位移与嵌固比关系曲线.结果表明:采用指数模型拟合SMW工法墙墙顶位移与嵌固比关系可取得良好的拟合效果.工程施工中,可采用指数模型预测预报SMW工法墙随基坑开挖产生的墙顶水平位移.施工过程中,加强墙顶位移监测,绘制墙顶位移与嵌固比关系曲线,将预测位移值与实测值进行分析对比,可以了解支护结构实际所处的工作状态及变形阶段,从而可以预防工程事故发生.     

唐口煤矿深部软岩巷道支护技术研究

通过对唐口煤矿深部高应力软岩巷道的FLAC 3D数值模拟,揭示了深部高应力软岩巷道开挖后的围岩应力场、位移场及塑性区的演化规律;提出了锚注联合支护技术,对比研究了3种支护方式的支护效果,并在施工过程中通过现场监测及时反馈监测信息进行支护方案及参数优化设计。工程实践表明,锚注联合支护技术能够较好地控制深部高应力软岩巷道围岩的大变形、强流变和底臌。     

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。