公路边坡开挖稳定性分析及其远程实时监测

随着我国交通基础设施建设的快速发展,公路边坡稳定性分析与滑坡整治设计等工程问题越来越多。以某高速公路边坡工程为例,在分析工程地质条件和开挖扰动的情况下,利用FLAC3D数值模拟软件,模拟边坡整个开挖过程及开挖后边坡在未支护与不同加固方案下的变形情况与稳定性特征;并计算安全系数。依据工程地质条件分析与数值模拟结果,在边坡关键部位安装5套滑动力远程实时监控系统。数值模拟分析表明随着逐步开挖的进行,边坡稳定性明显下降;开挖完成后,在未加固状态下会发生沿坡面的滑移破坏;采用抗滑桩与预应力锚索加固措施后边坡的变形得到了很好地控制;通过对滑动力远程实时监测结果分析得出边坡目前处于稳定性状态的结论。     

考虑盾构施工扰动土体固结的地层沉降计算

为解决以往盾构隧道的地层沉降计算不考虑施工扰动土体的固结沉降对总沉降的影响而使得计算结果偏小的问题,通过对盾构隧道施工致周边土体的扰动机理分析,指出盾构上方一定范围内的被扰动土体为欠固结土,应用欠固结士的沉降计算理论,得出了考虑盾构扰动周边土体固结影响的隧道沉降计算修正方法.与工程实测值的对比结果表明,地层沉降计算修正方法的计算结果更符合工程实际,工程应用上偏于安全,该成果对于盾构隧道施工的地层沉降预测与控制具有一定的参考价值.     

基于顶板结构探测的支护技术研究

中煤禾草沟煤矿巷道原支护设计在实际使用过程中,巷道变形严重,满足不了使用要求。通过现场顶板结构探测,分析研究了巷道顶板结构特征及薄弱环节,并据此修改了巷道支护设计,充分发挥围岩自承能力,改善围岩自身条件,在结构上提高巷道的安全性。     

南沙深厚软土真空预压法的现场试验与应用研究

真空预压法做为一种加固软土地基的有效方法,已经被广泛用于沿海地区公路软土地基加固当中.为了研究真空预压法在深厚软土中的加固效果,通过现场试验的方法,对采用真空预压加固公路软基的一个试验段进行了分层沉降、孔隙水压力、表面沉降和水平位移的现场观测,并对观测结果进行了分析.最后,通过现场取样和室内试验的方法,对加固前后的土体抗剪强度指标等物理力学性能指标进行对比,对比发现,加固后地基土的力学性能得到较大的提高,对真空预压法在南沙深厚软土中的应用提供了设计依据.图9,表2,参6.     

深埋软岩巷道高预应力恒阻耦合支护技术及其应用

针对深埋软岩巷道揭煤段掘进过程中围岩变形控制的问题,以石垭口煤矿1790回风石门为背景开展研究。首先,依据现场工程地质调查与实测结果分析了巷道揭煤段变形破坏特征;其次,采用理论分析与数值模拟等综合研究手段,揭示了深埋软岩巷道揭煤段大变形破坏机理;第三,基于开挖补偿力学效应和NPR(negative Poisson’s ratio)长、短锚索耦合控制机理,提出了以NPR长、短锚索为核心的高预应力恒阻耦合控制技术;最后,通过数值模拟的手段验证了该方案的合理性。研究结果表明：巷道存在围岩变形严重、支护结构破断失效和巷道维护成本高等特征;巷道失稳破坏的根源在于围岩强度低且破碎严重、原支护结构不耦合以及支护强度不足;本文提出全断面“NPR长、短锚索+底角注浆锚杆+反底拱”的控制方案与参数。现场工业性试验中,NPR支护段较普通支护段围岩变形减小300～500 mm,NPR锚索受力最终稳定为340 kN左右。高预应力恒阻耦合支护方案可有效控制深埋软岩巷道揭煤段围岩大变形,为揭煤段围岩安全稳定控制提供了新支护手段。     

整体装配式预应力板柱节点摩擦性能的试验研究

通过对6个整体装配式预应力板柱结构节点试件的试验研究,分析了板柱节点灌缝的胶结材料(如细石混凝土)强度、预应力大小、外加剂等因素对板柱节点界面摩擦性能的影响,并对比了板柱节点处存在细石混凝土胶结材料与否时的差异.试验结果表明:板柱节点处灌缝细石混凝土会显著提高节点摩擦性能,与不灌缝的节点试件相比,摩擦性能提高幅度在35%以上.细石混凝土的强度、施加预应力大小、外加剂种类也会不同程度影响节点的摩擦性能.当细石混凝土立方体抗压强度由30 MPa增加到40 MPa时,界面摩擦性能提高约9.8%.预应力从300kN增大到450kN时,节点界面摩擦性能提高约55.1%,膨胀剂添加后对节点界面摩擦性能也有提高作用,但是幅度很小.     

缓倾斜岩层软岩巷道破坏过程分析

为研究深部矿井层状岩体破坏机制,进行了平面巷道的物理模型实验。本次实验以徐州旗山矿-1 000 m轨道联络大巷的地质资料为背景,通过对应不同深度的地应力加载,分析模型的受力变形特征。结果表明对缓倾斜岩层巷道,其结构的非对称性表现为破坏的非对称性,为研究处在层状岩体地质条件下的地下硐室工程的围岩稳定性和支护方案提供参考依据。     

深部矿井热害治理地层储冷系统研究

煤矿开采深度不断加深,随之而来的热害问题越来越严重.能源危机推动地层能、风能等新型能源的发展利用.地层储冷技术是将地热能和风能相结合,利用地层储存冬天空气的冷能,辅以换能系统,解决井下降温问题.以夹河矿为例,以该矿的地质条件、热力学及水力学参数为设计参数,采用数值模拟方法,对储冷系统的等温线、不同温度范围冷水体体积进行了数值模拟分析.从理论上证明了储冷系统储冷和制冷的可行性,可储存和提供足够的冷量用于深部矿井降温.研究成果可为我国矿井节能减排提供有益的思路.图9,表3,参12.     

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。     

岩石张拉、剪切裂纹划分方法及其在岩爆前兆中的应用

提出一种利用支持向量机划分张拉裂纹和剪切裂纹的方法,采用巴西劈裂试验和直剪试验的验证结果证明该方法合理有效。在此基础之上,对砂岩应变岩爆全过程裂纹类型进行划分,并分析各类裂纹事件数、事件增长速率及占比变化规律。研究结果表明：岩爆全过程经历张拉裂纹主导、张拉和剪切裂纹共同作用、岩爆发生3个阶段;在岩爆时刻前张拉和剪切裂纹都出现突增的现象,且张拉裂纹事件增速大于剪切裂纹增速,但张拉裂纹累计占比下降、而剪切裂纹累计占比上升。岩爆前张拉裂纹累计占比下降的现象早于裂纹事件数和事件率突增的现象,且具有较强的前兆响应能力,可作为岩爆的一种前兆特征。