岩体水力压裂应力-渗流耦合近场动力学模拟

裂隙岩体应力-渗流耦合机制是油气开采、地应力测量与地质灾害防控等岩土工程活动的理论基础。基于近场动力学非局部作用思想提出了物质点双重覆盖理论模型,通过将近场动力学在模拟固体材料变形损伤与地下水渗流两方面的优势相结合,采用“混合”时间积分方案,构建了流体压力驱动条件下裂隙岩体应力-渗流耦合的常规态型近场动力学模拟方法,并将其应用于空心圆柱体注水试验模拟,揭示了水力裂隙起裂、扩展和贯通的作用机制,通过与室内试验及传统数值方法计算结果对比验证了模拟方法的有效性。模拟结果显示,空心圆柱体注水试验过程中岩体的变形和破坏完全是由水力驱动的,水力裂隙的产生是随机的,不需要指定裂隙扩展路径,并且水力压裂过程中致使试件破裂的能量存在积蓄-释放过程,应用近场动力学方法可以较好地捕捉该现象。     

软岩隧道建造过程三维有限元仿真分析

根据地下隧道施工不同的开挖程序和锚固施工方法，运用三维有限元数值分析方法模拟地下隧道施工建造过程，以期寻找有利于围岩稳定的开挖和支护方式。依据岩体破坏特性和弹塑性力学应变能原理，给出了隧道开挖的优化指标和方法，并以此得到较优的施工方案。     

多同性源激发极化法超前预报仪的设计与实验

多同性源激发极化法的出现与应用,是激发极化法在方法的上的突破,但与之相适应的预报仪器是制约该方法的瓶颈。通过基于MSP430逆变、整流以及逆变整流控制模块实现4路可控输出,采用FPGA实现对电压、电流的4路同步采集与信号传输,设计量程自动切换模块与软硬件相结合的信号去噪方法,实现多同性源激发极化超前地质预报仪的设计;对设计预报仪的信号采集精度与运行稳定性进行室内定性与定量实验。结果表明,该仪器能够达到工程探测的准确性、实用性与可行性要求。     

DDARF网络模拟新方法及其在公路隧道中的应用

为提高DDARF(discontinuous deformation analysis for rock failure)的前处理效率,研究节理裂隙发育对公路工程的影响,基于Monte-Carlo原理编制网络模拟分析程序,与DDARF方法相融合建立计算模型;对单节理锚固试件进行单轴压缩模拟试验,研究裂隙扩展过程;对某多节理双洞公路隧道进行稳定性分析,通过监测关键点位移对隧道开挖顺序进行对比优化,并分析DDARF中锚杆的锚固效应.研究结果表明:节理岩体网络模拟程序是可行的,极大地提高了DDARF的前处理效率,数值结果与室内试验结果相吻合;隧道分步开挖比一次性开挖能减少对围岩的扰动;DDARF是一种能很好模拟锚杆锚固作用以及岩体裂隙扩展过程的不连续变形分析方法.     

山岭隧道塌方风险评价的属性识别模型与应用

塌方是山岭隧道施工中最为常见的事故之一,为确保隧道施工安全,本文基于属性数学理论建立了隧道塌方风险分级的属性识别模型.在综合分析塌方影响因素的基础上,选取围岩级别、隧道埋深、偏压角度、岩体完整情况、地下水影响和施工因素6个主要因素作为评价指标,结合超前地质预报方法对指标进行定量描述,确定各评价指标的分级标准;对评价指标进行属性测度分析,通过构造属性测度函数计算样本的单指标属性测度和综合属性测度;应用置信度准则对隧道样本的塌方风险进行属性识别.在工程应用中,通过属性识别模型并结合超前地质预报数据,对郑家垭隧道进行塌方风险评估,结果与实际施工情况一致;并且与模糊层次分析法和可拓综合评估法的结果吻合性较好,说明建立的属性识别模型对有无地质预报数据的样本都能得出准确的风险评估结果,有更好的适用性,为山岭隧道塌方的风险评估提供了一个有效的途径.     

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.     

非均质断层介质单双液加固特性对比

使用永莲隧道F2断层介质,预置单一结构面,基于不同结构面角度、水泥单液浆水灰比和注浆压力开展正交试验.试验表明:注浆压力、土压力和渗透压力均呈波动上升规律,但土压力和渗透压力相对较小;结构面α=0°、45°和90°试样在注浆后强度分别提升了189%,200%和64%,结构面α=45°试样加固前后强度均较低;应力-应变曲线显示,当应变达到0.015~0.04时,应力达到峰值;通过极差分析,本次试验条件下结构面角度是影响试样抗压强度的主控因素,其次为浆液水灰比,注浆压力影响最小;浆液充填结构面并劈裂断层介质形成的大尺寸浆脉发挥骨架效应,对加固体破坏产生控制性作用;揭示了水泥单液浆对于含结构面断层介质的充填、挤密和劈裂联合加固型式.从加固型式、加固效果和主控加固因素3个方面对比了水泥单液浆和C-S双液浆对于断层介质的加固特性.单液浆形成的浆脉尺寸更大;当α=0°和90°时,单液浆加固效果更佳,而α=45°时,双液浆加固效果更优.与单液浆不同,双液浆的主控因素为浆液配比.基于试验结论为注浆设计和施工提出了4条指导性建议.     

加筋锈蚀膨胀诱导深埋地下工程锚固结构起裂模式分析

基于弹性理论和最大拉应力破坏准则假定,结合深埋地下工程锚固结构系统施工工序和锚杆锈胀临界过程分析,简化深埋地下工程锚固结构加筋锈胀力学模型,得到不同应力作用下锚固结构系统不同起裂模式的弹性判据.研究结果表明:砂浆和围岩的开裂顺序取决于它们的材料参数、地应力、砂浆握裹层的厚度；不考虑地应力影响时不同介质起裂条件与考虑地应力影响情况(K=3或K=1/3时)的起裂条件相同.并由工程算例分析可知,在不同应力组合下,存在3种不同的起裂模式.研究结果可为分析深埋地下工程结构锚固系统的力学性能劣化机理及深埋地下工程支护结构设计提供有益的参考.     

盐岩地下储库运行期失效概率分析

基于响应面法,以有限元为基础,将极限状态曲面近似表示为随机变量的显式,结合蒙特卡罗方法提高失效概率的计算效率;储库整体属于串并联结构体系,根据失效准则确定失效概率最大的单元,以此为基础确定系统的失效模式,计算体系失效概率及可靠度。以金坛盐岩地下储气库为例,计算结果表明腔体中部失效概率随储气内压增大逐渐减小,内压达到一定数值时失效概率又逐渐增大;腔体上部及下部失效概率随内压增大逐渐增大。运行条件下,储库失效主要为内压较大时上部及下部结构的剪切失效。因此,运行过程中应对储气内压严格控制。     

某矿回采巷道收敛量测值的处理和应用

对某矿回采动压巷道梯形金属支架的收敛量测值进行分析，反求出支架上的压力，初步掌握了该矿回采动压巷道的压力变化规律，认识到，此类巷道用锚、带、喷联合支护较适宜。为了检验锚、带、喷联合支护的安全、可靠性，在采用此支护形式的运输顺槽内进行了长期的巷道收敛监测，并利用时序分析中的门限自回归模型对所测的八组收敛观测序列值进行拟合，对本巷道的未来收敛情况进行预报。