水泥尾砂充填体劈裂拉伸破坏的能量耗散特征

应用INSTRON刚性伺服试验机对不同灰砂比的充填体进行了劈拉试验,测得荷载-位移和应力-应变全曲线.结合测得的力学参数计算出相关能量耗散特征参数,分析了不同情况下破坏过程的能量耗散变化规律,并通过数据统计回归建立了各种能量耗散指标与其影响因素的函数关系.实验结果显示:充填体只需吸收极少能量即可满足拉伸破坏所需,拉伸破坏是影响充填体断裂性质的主导因素.为防止充填体处于受拉环境,在矿房回采时应采用边孔控制爆破和不耦合装药,优化爆轰波破岩途径,减少欠挖超挖,保证矿柱形态规整,使充填体处于非拉区域以改善其受力状况;同时在矿房充填时应对需布设工程或应力集中区域等关键部位适当加大灰砂比,以增强充填体吸收破坏能量的能力.     

基于复变函数理论和D-P屈服准则的并行隧道合理间距

综合利用复变函数理论、解析延拓法和Schwarz交替法揭示相邻水平并行隧道的应力分布特征. 在此基础上,结合考虑了中间主应力效应的D-P屈服准则建立相邻水平并行隧道力学模型. 提出并行隧道塑性区贯穿半径的概念,建立求解方程,并通过数值模拟证明其正确性. 采用隧道间塑性区临界贯穿状态下的间距作为隧道合理间距,与数值模拟软件FLAC3D计算得到的围岩位移量和沉降量随间距变化至基本不发生变化时所对应的隧道间距有较高的吻合性,从而表明其作为相邻水平并行隧道合理间距的可行性.     

基于Kriging与Closest Point融合算法的边坡岩土层界面拟合

以先后发生过两次土质滑坡的平朔公司东露天矿边坡为研究背景,针对目前高精度岩土层界面拟合时有效数据不足和人工评价误差较大的现状,充分利用岩土层界面的地质调查点数据,有效扩充钻孔数据范围,为高精度的岩土层界面拟合提供有效数据,并利用基于Closest Point算法的结构分析模型进行Kriging插值计算,实现Kriging算法与Closest Point算法的融合,完成对露天矿边坡各岩土层的三维拟合.现场选取测量点的比对结果表明,基于Kriging与Closest Point融合算法的界面拟合,与传统的人工经验评价方法相比,能大幅提高拟合精度,且简单易行.     

石膏围岩隧道衬砌结构破坏模式及时变可靠度模型

石膏围岩具有很强的膨胀性和腐蚀性,在隧道全寿命周期内均会引起衬砌结构自身强度劣化及受力增加,严重影响隧道二次衬砌结构可靠性.针对石膏围岩膨胀特性和腐蚀性对隧道二次衬砌结构的影响分别建立了二次衬砌结构膨胀破坏模式和腐蚀破坏模式;考虑石膏围岩膨胀性和腐蚀性对隧道衬砌结构的综合影响,建立了石膏围岩隧道二次衬砌结构综合破坏模式;基于结构体功能函数,推导出能够初步考虑围岩膨胀性和腐蚀性的隧道衬砌结构可靠度指标计算公式;并分别建立了三种破坏模式下的时变可靠度分析模型.采用石膏围岩隧道衬砌结构综合破坏模式下的时变可靠度模型对礼让隧道进行了分析,得到其在使用寿命100 a内的可靠度指标变化规律.根据计算结果可以优化石膏围岩隧道衬砌结构的抗腐蚀、抗膨胀和支护结构设计参数,并对石膏围岩隧道使用寿命周期内的合理维护及维修提供依据.研究成果可推广应用于隧道衬砌结构的可靠度研究中.     

水泥-分级尾砂充填材料正交试验多元分析

综合考虑多种影响充填体强度的因素,利用多元线性回归原理和方法进行统计分析,根据正交试验数据,建立了充填体强度与干料质量百分含量Cw、水泥含量、水灰比的多元线性回归方程经验模型,并对此模型进行了F、R和t值显著性检验。建立起的模型适用性较强,F、R、t值的显著性检验均能够较好地通过,方程性质能够较好地与试验过程中观察和实测到的规律和数据相吻合,因此可在生产实践当中作为一种参考和借鉴,用来指导分级尾砂充填采矿实践。     

排土场工后沉降及蠕变规律

采用Burgers模型对排土场散粒体蠕变的减速蠕变和等速蠕变两阶段进行描述,利用分层总和法的思想,将垂直填筑的排土场进行分层处理,底层在上覆“自重”变荷载作用下发生沉降变形,分别采用定常和非定常Burgers蠕变模型从理论解析角度推导排土场填筑动态过程中沉降、工后沉降及累计沉降计算公式.以齐大山铁矿排土场监测数据进行实例验算,应用结果表明：非定常Burgers模型和定常Burgers模型拟合的相关系数均较高,非定常Burgers模型沉降最终收敛于5.07 m,定常Burgers模型沉降曲线具有发散性,可见非定常Burgers模型能更好地表述排土场沉降真实工况;将排土场分为十个分层,结合FLAC3D软件的蠕变数值分析计算,得出各单层沉降率的变化规律,即各单层工后沉降量上层沉降值小于下层和中间层,且上层沉降量呈现单调递减变化,越接近排土场顶部单层沉降量越小;中间层沉降量相对下层沉降量要大,其中第5单层的沉降量最大.     

砂沸现象的细观数值模拟及影响因素分析

采用饱和砂土流固耦合的细观力学模型,通过颗粒流数值模拟了在临界水力梯度条件下饱和砂土的细观响应.讨论了在建议模型框架内临界水力梯度、颗粒刚度等因素对模拟结果的影响,并从细观机理上做了进一步分析.模拟结果表明,在临界流或超临界流条件下,试样最终的稳态响应分成两部分:一部分颗粒停留在试样顶部,其颗粒数量正比于施加的水力梯度值;另一部分颗粒则在试样底部形成某种形式的对流运动.细观数值模型分析所得的临界水力梯度比连续介质力学分析得到的值要小,这个差别反映了模型的动力特性.在临界流或超临界流条件下,砂沸时水的流动除局部区域外基本上仍属于层流范围,但已偏离了达西定律.     

膨胀性围岩中巷道地压的模拟

本文研究了膨胀性围岩中巷道地压显现规律和支护的模拟方法，这些方法包括有限元法和模型试验方法，并利用这些方法分析和讨论了膨胀性围岩中巷道地压的显现规律和几种支护方案的作用原理。     

基于进化支持向量机的岩土体位移反分析

简要介绍了支持向量机（SVM）及其进化支持向量机（ESVM）的基本思想，建立了基于进化支持向量机的岩土体材料参数反分析模型，并采用进化支持向量机来反演岩土体位移．通过Matlab优化工具箱解相应的优化函数来验证工程算例．由结果可知，进化支持向量机的位移反分析精度较高，相对误差小，有广阔的应用前景和实际意义．     

基于位移反分析的隧道二衬合理支护时机

二衬支护时机是否合理影响着隧道的稳定性,始终是隧道施工中讨论的热点问题。结合现场监控量测数据,通过3种回归函数的对比分析,确定了满足精度的回归曲线并预测围岩最终位移量,初步确定了二衬合理支护时机;结合黄金分割法与FLAC3D数值模拟软件,通过位移反分析法获得符合工程实际的围岩力学参数E,c值并代入FLAC3D中,基于3种二衬合理支护时机判定准则确定了支护时机;综合考虑回归分析与数值模拟计算结果,最终确定兴隆隧道Ⅲ级围岩段的二衬合理支护时机与施工安全距离。研究结果表明：双曲线函数回归精度最优,并根据函数曲线预测Ⅲ级围岩最终位移量为12.20 mm,初步确定在开挖后第20天施作二衬;通过围岩力学参数反演确定Ⅲ级围岩E=4.944 GPa,c=0.268 MPa为符合工程实际的围岩力学参数;通过数值模拟确定在开挖后第19天、距掌子面95 m时施作二衬满足变形速率和极限位移准则,在开挖后第18天、距掌子面90 m时施作二衬满足最小支护抗力准则。综合考虑三者的影响程度,最终确定兴隆隧道二衬合理支护时机为开挖后第18天,此时距掌子面90 m。