双孔劈裂条件下地应力及孔间应力的耦合分析

针对注浆过程中的裂纹扩展问题,通过理论分析和数值模拟,研究了地应力与孔间应力耦合作用下劈裂注浆的作用机理.研究结果表明:单孔劈裂主要受地应力影响,钻孔沿着最大主应力方向或垂直于最小主应力方向扩展.双孔劈裂受到地应力与孔间应力扰动的耦合作用,相当于力矩合成定理,使钻孔沿其合力方向扩展(孔距较大时相当于两个单孔劈裂);其劈裂破坏过程可分为应力积累、裂纹稳定扩展、失稳破坏三个阶段,双孔间观测点处的最大主应力和孔隙水压力会随着计算步数的增加分别对应形成应力跌落区和能量累积区;钻孔间距较小时初始起裂压力的变化不明显,而间距较大时初始起裂压力随侧压力系数的增加而增加.     

循环作用对马蹄寺石窟群岩体性能的影响

马蹄寺石窟群地处河西走廊中部,气候条件十分恶劣。由于常年受到温度、湿度、酸碱盐等作用的影响,石窟岩体性能出现了不同程度的劣化现象。通过开展室内模拟试验,研究以上多种恶劣环境的循环作用对于岩体抗压强度、波速、质量的影响规律,同时使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对循环作用过程中样品的矿物组分、元素含量和微观形貌进行分析研究。研究结果表明,循环作用使样品中的长石类矿物和方解石含量降低,黏土类矿物含量增加,胶结程度下降,孔隙逐渐发展成为横向微裂隙,导致样品的性能出现不同程度的劣化现象。循环作用对岩体性能的影响程度从大到小依次为冻融循环、耐盐循环、耐碱循环、耐酸循环和温湿循环。     

特高拱坝全坝基无盖重固结灌浆关键技术

为解决特高拱坝坝基加固与混凝土浇筑间相互影响、无盖重固结灌浆质量难以达标等难题,该文结合乌东德坝基固结灌浆工程,通过现场生产性试验研究,提出"表封闭、浅加密、深提压、严监控、少引管"的无盖重固结灌浆成套技术。该技术不仅消除了坝基固结灌浆与混凝土浇筑的干扰,还有效保障了无盖重固结灌浆质量。乌东德工程实践表明:声波测试一次合格率100%,灌后检查透水率全部达标,研究成果对混凝土拱坝和碾压混凝土重力坝坝基加固技术的进步和发展起到了积极的推进作用。     

高潜水位矿区地表拉张裂隙区土壤特征研究

为探讨高潜水位采煤拉张裂隙区土壤中元素迁移特征,选择淮北矿区朱庄矿3522工作面地表拉张裂隙区为研究对象,按地势坡度从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区,在裂隙两侧间隔50 cm布设21个观测点,每个观测点自上而下每20 cm取样,共计105个样品,分析含水率、pH、有机质(SOM)、有效磷(AP)和速效钾(AK)等指标.结果表明:拉张裂隙区土壤剖面含水率随深度增大;SOM在Ⅱ区台阶0～40 cm地表聚集.AP在垂向剖面上分布无显著差异,在水平方向上在Ⅱ区、Ⅲ区显著积累;裂隙对0～20 cm AK影响显著,土壤整体肥力属于瘦瘠到一般水平,斜坡水土流失与裂隙的隔断拦截作用,导致SOM在台阶区积累,AP在低区积累,AK在高区积累.     

岩体爆破损伤计算公式的改进

岩体爆破损伤具有时变累积特性,且爆破损伤增量大小是以本次爆破作用前岩体宏观力学参数水平为前提,据此对经典爆破损伤计算公式进行改进。工程应用情况表明:岩体爆破损伤经典算法的计算结果偏于保守,在一定程度上会阻碍爆破开挖效益最大化;爆破损伤改进算法可反映岩体内部孔洞、裂隙等缺陷在爆破动荷载作用下的闭合、密实现象,且更能体现岩体中声波速度的变化幅度,其工程应用效果良好。     

煤矿井下水力压冲增透强化抽采技术试验研究

新河煤矿为煤与瓦斯严重突出的基建矿井,煤层透气性低、瓦斯含量高。采用顶板抽放巷下向穿层钻孔进行预抽煤层瓦斯,抽采效率低,条带消突周期长。为提高新河煤矿抽采效果,先后尝试了水力压裂、水力冲孔增透措施,抽采效率有所改善,但持续时间短。在现场实践的基础上,提出了水力压冲一体化技术,以"水力压裂单元增透,水力冲孔出煤卸压"为技术思路,探讨了其技术流程、卸压增透及多级裂缝的形成机理,通过现场水力压冲增透抽采试验,结果表明,水力压裂后进行水力冲孔,瓦斯涌出严重,平均单孔涌出瓦斯1 485 m3,是未进行水力压裂的4.9倍,试验后最大日抽采纯量1 731 m3/d,平均623 m3/d,是试验前的2.9倍。     

煤岩三轴压缩损伤破坏声发射特征

在对MTS815岩石伺服试验系统通讯传输接口进行改造的基础上,实现了将检波器置于三轴室内的三轴压缩声发射试验,克服了检波器置于三轴室外壁无法监测到全面可靠声发射信号的弊端.煤岩三轴压缩声发射试验结果表明,与单轴压缩相比,围压增强了煤岩的整体性及刚度,使压密阶段声发射活动明显减弱.声发射振铃计数及能量出现最大值的时间均稍滞后于煤岩宏观破坏时刻,说明围压不但提高了其峰值强度,而且由于围压使煤岩内部裂隙的错动滑移受到抑制,提高了其峰后承载能力.振幅反映声发射的强度,三轴压缩条件下,轴向加载初期声发射振幅较小,宏观破裂前后出现大量高振幅声发射事件,残余塑性阶段仍然有较多振幅较大的声发射事件产生.声发射撞击计数率表征裂纹扩展的次数及速率,三轴压缩声发射撞击计数试验结果表明,弹塑性阶段是煤岩裂隙萌生扩展的主要阶段.岩石三轴压缩破坏声发射特征对于深刻理解矿山井下岩体破坏机理及采用微震监测技术预防相关动力灾害事故具有重要的理论及实际指导意义.     

裂隙岩体渗流及污染物迁移模型的数值模拟研究

裂隙岩体的非均质性使得其渗流问题与传统多孔介质渗流存在本质差别.目前流行的裂隙渗流模型包括:离散裂隙网格模型;双重连续介质模型;等效连续介质模型.介绍上述方法优劣,并以中国东部某岛屿为基础,基于等效连续介质法,建立三维渗流模型以及污染物迁移模型.数值模拟结果显示,污染物被岩体的吸附程度对污染物运移影响巨大;降水入渗量增多会使得水流速度增快,却不会显著提升污染物运移至边界的时间,反而由于其增大了污染物向四周扩散的趋势,致使较少污染物迁移至边界;距断层较近的污染源不仅会导致污染物迅速迁移至边界甚至地表,并且质量分数显著提升.     

采动影响型地下煤火诱发地表裂隙率的时空分布模型

基于随机介质移动理论,构建了采动影响型地下煤火诱发地表裂隙率的时空统一分布模型,并实例分析了矩形火区引发地表线(张)裂隙率、面裂隙率以及剪裂隙率的分布及动态变化规律。地表线(张)裂隙率、面裂隙率和剪裂隙率的极大值分别分布在采(燃)空区边界内侧约20 m (约为煤层厚度的3~4倍)的位置、四周边界线的四个中点位置和四个边角端点所对应的地表区域。随着煤层燃烧,垂直于煤火发展方向上的线裂隙率以及空区边界处对应的地表面裂隙率均呈半正态曲线形式变化并最终稳定于最大值;而剪裂隙率、煤火发展方向上的线裂隙率及空区内部对应的地表面裂隙率均呈正态曲线形式变化。     

单节理岩体抗压强度的数值模拟

为研究单节理岩体抗压强度随节理面倾角及围压变化时的变化规律,利用数值模拟软件UDEC对围压一定时不同节理面倾角的岩体进行了抗压强度实验.结果表明:围压一定,随节理面倾角的增大,岩体抗压强度先减小后增大,在倾角介于45°~60°时抗压强度达到最低值,呈典型的"U"形趋势;节理面倾角一定,随着围压的增大岩体抗压强度也随之增大,整体呈线性变化趋势,可拟合为一次函数,与理论导出式一致;随节理面倾角增大岩体抗压强度增大幅度呈先减小后增大趋势,近似于围压一定时岩体抗压强度随节理面倾角变化规律.