硬岩矿柱纵向劈裂失稳突变理论分析

应用断裂力学理论讨论硬岩矿柱初始裂纹在上覆岩层作用下贯通形成层状结构的机理, 指出裂纹间相互作用引起裂纹的失稳扩展, 从而相互连接形成层状结构. 在此基础上, 应用能量原理及突变理论推导矿柱失稳的临界载荷及临界应力, 提出矿柱发生失稳的屈曲模型. 研究结果表明： 矿柱发生失稳与分裂岩层的屈曲破坏有关;而岩层的屈曲除与岩石的材料参数有关外, 还与分裂后的厚度即裂纹的分布有关;算例计算值与实际经验值相一致, 可为合理安排开采顺序、布置采场等提供依据.     

崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定性分析

借助修正后的RMR方法对和睦山铁矿工程岩体进行了分级.分别采用厚跨比法、结构力学梁理论以及普氏拱理论对矿柱进行了研究,获得了嗣后采场破坏模型以及采场失稳演化过程.分析了采场尺寸、矿岩坚固性系数、抗拉强度以及内摩擦角对崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定性的影响.通过极限平衡法建立了阶段嗣后充填法矿柱安全系数方程.研究结果表明:矿岩的坚固性系数和抗拉强度对顶板临界厚度影响明显;矿岩的内聚力对矿柱的安全系数影响最为显著.最后将上述结果应用到和睦山铁矿嗣后采场稳定性分析中,得到了块矿地带的采场顶板临界厚度和矿柱安全系数,并从理论角度分析19~#矿房跨塌的原因.     

单轴对称截面圆弧拱在局部区域径向均布荷载下的弯扭失稳

为了探究单轴对称截面圆弧拱的弯扭失稳行为,研究了局部区域径向均布荷载作用下单轴对称工字形截面两端铰接圆弧拱的弯扭失稳问题,考虑了剪切变形的影响,推导了失稳前拱的弯矩,轴力和剪力表达式。根据势能驻值原理和Rayleigh-Ritz法,得到了单轴对称截面圆弧拱弯扭失稳临界荷载理论解,并将其和有限元结果进行了对比。结果表明:当截面的较宽翼缘位于拱的顶部时,拱的弯扭失稳临界荷载值会增大;考虑剪切变形影响的浅拱的弯扭失稳临界荷载小于不考虑剪切变形的临界荷载;局部参数对拱的弯扭失稳临界荷载影响明显,弯扭失稳临界荷载随着局部参数的增大而减小。     

对称协同开采人工矿柱失稳的突变理论分析

根据材料力学理论,建立顶板-人工矿柱协同作用力学模型;通过分析组合结构的变形协调机制,推导人工矿柱压缩量关系式;基于突变理论,构建人工矿柱突发失稳的尖点突变模型,导出失稳的充要条件力学判据表达式。研究结果表明:人工矿柱突发失稳与刚度比k、介质均匀性系数m具有密切相关性;改变人工矿柱的力学参数和几何参数,可在一定程度上调控顶板的稳定性,这可为采空区应力环境再造和人工矿柱的科学设计提供基本力学依据。     

采空区群蠕变突变三维力学模型构建及稳定性精确预测

针对双向分层条式充填采矿法空区群特点,系统地构建顶板和矿柱为一体的三维空间力学模型,引入弹性力学和结构力学相关理论,推导出3种边界条件下顶板中心下沉挠度的曲线方程。综合运用突变和蠕变理论,从能量转化角度阐明采空区群突变机理,建立采空区群系统突变失稳计算流程,导出采空区群顶板蠕变微分方程,实现对采空区群突变失稳规律和稳定时限的精确预测,通过实例计算和数值模拟分析,验证其有效性。此外,全面分析影响采空区群稳定性的主控因子,并得出影响因子的影响程度。通过调节影响因子参数,可预测控制采空区群稳定性,选择最佳充填时机,优化采场结构参数。研究结果表明:采空区群系统稳定性与矿柱支撑面积率、矿柱峰值抗压强度、矿柱弹性模量呈正相关,与顶板均布荷载呈负相关;当顶板-矿柱系统处在固支模式时,采场参数对系统稳定性影响最显著;当采场参数足够大时,固支模型和简支模型对系统稳定性影响差距不明显。     

破碎围岩条件下采场留存矿柱稳定性分析

采用岩体分级方法(RMR法)、Q系统和地质强度(GSI)指标对矿岩进行了工程地质评价,并通过扩展后的Hoek--Brown节理强度准则进行岩体力学参数确定.根据白羊矿段矿柱布置形式,推导出矿柱荷载公式,并确定了矿柱强度计算参数.针对井下矿柱主要破坏形式分别进行失稳机理分析.将正交设计法引入采场结构参数优化分析中,对各开采方案进行了三维数值模拟.运用正交极差分析法对矿柱稳定性影响因素敏感度进行评价.实践结果表明:采场高度控制在3.5～4.5 m,矿房宽度取值不大于5 m,矿柱直径不小于3.5 m留存矿柱稳定性基本能得到保障.     

工字形曲线组合梁负弯矩区侧向失稳分析

目的 为曲线组合梁结构设计提供理论依据,研究负弯矩区工字形曲线组合梁考虑上、下翼缘均发生侧向弯曲变形与扭转变形的稳定性.方法 基于能量法推导等端弯矩作用下曲线钢梁上、下翼缘及混凝土板应变能,基于势能驻值定理推导曲线组合梁侧向失稳临界弯矩解析解.分析比较不同参数对临界弯矩的影响.结果 曲率半径从4 000 mm增加到8 ...     

不规则岩板受双点荷载的应力分析

应用边界元法分析了不规则岩板受双点荷载的应力分布特征。结果表明:除岩板边界部分外,不同形状岩板内主应力场的分布及沿试件荷载轴上的应力值均无显著差异。鉴于劈裂破坏是沿作用力线进行的,因此在测试中用不规则试件代替规则试件是可行的,但分析亦表明:为了减少宽高比对应力分布的影响,试验时应尽量挑选宽高比近似等于1的不规则形岩块。     

非落地钢管桁架拱结构稳定性能

由于使用空间的需要,钢管桁架拱多为非落地拱,支承于桁架柱或其他结构上.桁架柱或其他结构的刚度的变化,会直接影响钢管桁架拱的稳定性能.本文在考虑刚度等效原则的基础上,根据线弹性稳定理论,推导出非落地钢管桁架拱结构面内、外临界荷载表达式.根据面外失稳临界荷载值不小于面内失稳临界荷载值的原则,沿圆弧拱侧向等距离布置侧向支撑,以防止其发生面外失稳,进而确定出侧向支撑的布置数目.分析得出圆弧拱的半径对侧向支撑的数目没有影响;随着桁架拱的开角(矢跨比)、桁架拱截面高度的增大,侧向支撑的数目增多;随着桁架拱截面宽度的增大,侧向支撑的数目减少.最后得出侧向支撑数目与无量纲参数f/L、h/b的关系表达式.     

沉积型铝土矿采空区矿柱-顶板支撑系统滑移突变失稳分析

基于沉积型铝土矿采空区失稳多为沿结构弱面滑移剪切破坏的特征，借助能量耗散理论和突变理论，构建矿柱-顶板支撑系统滑移突变失稳模型，研究受结构弱面影响的系统失稳机制，分析各内控因素对采空区稳定性的影响.结果表明:采空区突发滑移失稳是由支撑系统的内控因素和外控因素协同作用的结果.外控因素既定条件下，各内控因素敏感度由大到小依次为:采空区跨度b，矿柱宽度a，软弱带厚度B，结构弱面倾角θ，矿柱屈服区宽度c.软弱带厚度B和结构弱面倾角θ的敏感度略小于采空区跨度和矿柱宽度的敏感度，在实际工程中，应密切关注结构弱面因素的影响.晨光铝土矿工程实例验证了计算结果的可靠性.研究成果可为此类矿山采场参数设计提供依据.     

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。     

顺层围岩地下洞室的粘弹性稳定

应用粘弹性薄板的稳定方程和Laplace变换方法,采用承受平行于中面的均匀压力的四边简支的岩板力学模型,根据岩板屈曲变形时的特点及其边界条件,研究了地下洞室中外层岩板向临空面变形并导致层间脱离的状况,导出了岩板结构与时间相关的临界载荷和临界应力的解析式。结果表明岩层的稳定性与岩体的流变性质密切相关,在一定载荷下或应力水平下,随时间延长会发生滞后失稳,表现出了与弹性性态不同的特性。分析了某工程地下洞室层状岩体的稳定性,通过分析比较说明文中分析方法的有效性。     

脱空对刚性道面板应力分布的影响及临界脱空状态

基于层间弹簧模型提出支承状态模拟方法,构建刚性道面板数值仿真模型。考虑不同飞机荷载和接缝状态,分析脱空影响下的道面板荷载应力增幅、位置偏移及重分布规律。结果表明:层间弹簧模型可准确地模拟脱空导致的刚性道面板支承损失以及不同脱空状态;随着脱空加剧,脱空区边缘的荷载应力增大,最大荷载应力在板厚方向上的位置由板底转移至板顶;当脱空区内最大荷载应力超过健康状态(即无脱空)下临界荷位的峰值应力时,该脱空状态即为临界脱空状态。相比传统弯沉指标,临界脱空状态能够更准确地反映脱空对道面结构的影响。     

集中荷载作用下工字型钢-混凝土组合梁稳定性研究

钢—混凝土组合梁结构是当前土木工程建设中重要的建筑结构形式,其承载能力的有效发挥对于实际工程意义重大.但是,当前对于钢—混凝土组合梁结构稳定性计算方法以及结构设计还没有较为明确的标准和规范,所以给工程实际带来很大的不便.对集中荷载作用下工字型钢—混凝土组合梁结构的侧向失稳问题进行研究.根据集中荷载作用下工字型钢—混凝土组合梁变形特征,建立了集中荷载作用下组合梁翼缘侧向屈曲失稳的力学模型以及侧向弯扭力学模型.运用能量法,分别求解两种模型的结构变形势能,并根据势能驻值原理,采用变分法,进行结构失稳临界荷载的求解.并通过对两种模型的对比,来确定更加便于工程实践的力学模型和计算方法;通过实例对文中两种模型下的临界失稳求解计算方法进行验证,并与国内外关于组合梁稳定性的计算模型和方法进行比较,验证计算模型和计算方法的可行性.     

单层椭圆抛物面网壳在地震作用下的动力稳定性分析

以平面30 m×30 m,矢跨比分别为1/6,1/7,1/8和1/9的椭圆抛物面单层网壳为对象,利用ANSYS非线性动力软件,研究其弹塑性动力失稳。计算中考虑几何和材料非线性效应,并对几何缺陷、阻尼、不同地震波及其输入方向等对稳定性的影响进行了分析。结果表明:该结构的动力失稳一般伴随着较大的塑性变形,具有明显的突发性;在水平地震作用下动力稳定临界荷载明显低于竖向地震作用下的临界荷载,以两向地震作用下最低;在水平地震作用下,较大矢跨比时动力稳定临界荷载较低;杆件截面的增大可显著提高该结构的水平刚度和动力稳定临界荷载;几何缺陷能显著降低网壳结构的动力稳定临界荷载;考虑Raleigh阻尼模式,其临界荷载提高不足7%。     

阶段嗣后胶结充填体矿柱强度模型研究与应用

利用滑楔体极限平衡理论,建立胶结充填体矿柱侧向滑移失稳模型,考虑采场结构参数、充填材料自身特性和充填体-矿岩(柱)接触面特性的影响,分别得出胶结充填体矿柱与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时所需强度模型。以中关铁矿为工程分析实例,开展室内充填配比试验。研究结果表明:当胶结充填体矿柱后壁与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时,胶结充填体矿柱所需强度随阶段高度的增加分别呈对数函数和线性函数增长;中关铁矿胶结充填体矿柱所需强度为0.78~0.82MPa,经典强度设计模型计算值偏小,需选取安全系数为1.5~3.0;推荐中关铁矿使用的充填配比为灰砂比1:10、料浆质量分数70%,抗压强度、泌水率、塌落度和流动度均能满足采矿作业需求,水泥用量与原推荐方案相比可降低45.7%。     

复杂荷载作用下残采矿柱综合安全系数

为了安全地开采残矿矿柱,在构建矿柱受力模型的基础上,给出覆岩、采场内崩落体挤压、爆破震动等荷载对矿柱综合作用的轴向应力函数表达式;针对矿柱压缩、剪切破坏形式,提出综合荷载残矿开采环境下矿柱安全系数(K)的计算方法,给出矿柱压缩安全系数(K1)、剪切安全系数(K2)和综合安全系数(K)计算式,研究覆岩、崩落体及爆破震动等荷载对矿柱稳定性的影响。研究结果表明:矿柱垂直方向综合荷载与矿柱高度呈正相关关系,与矿柱宽度呈负相关关系;当矿柱宽度一定时,矿柱安全系数随着矿柱高度增加而递减。通过某大型金矿残采工程实例,验证了计算结果的可靠性。研究结果可为矿柱安全定量评价提供依据。     

拱结构在径向均布荷载下面内稳定的几何非线性分析

薄壁拱结构作为受压为主的结构体系,其稳定性问题是在结构分析中需要重点考虑的因素之一。基于能量泛函变分原理,研究了薄壁拱结构在径向均布荷载下考虑剪力滞效应和几何非线性的稳定临界荷载,分析了薄壁拱结构临界荷载的影响因素。结果表明,几何非线性对拱的临界荷载影响很小,可忽略不计;剪力滞的影响则取决于拱的几何参数;其中,拱轴弧长和拱截面翼缘宽度是主要的影响因素,特别是拱轴弧长较小和翼缘宽度较大时,必须考虑剪力滞对稳定性影响。     

基于爆破损伤的露天矿边坡稳定性的灾变分析

基于爆破震动影响下露天矿岩质边坡滑动趋势面介质的损伤弱化效应,建立了爆破荷载、后缘裂隙静水压力及滑动趋势面扬压力共同作用下的尖点突变模型,并根据导出的临界爆破药量的表达式给出了边坡失稳的判据条件.以鞍千矿业有限公司许东沟采场西帮的一处滑坡为例,利用建立的二维简化模型和导出的失稳判据对边坡在多次爆破作业影响下的稳定性进行了分析,得到了稳定性随爆破次数累积的变化规律.结果表明:边坡失稳的可能性随爆破次数的增加呈现递增的趋势,同时也说明了边坡失稳的发生通常不是仅由一次爆破作业造成的,而是由于多次爆破作用的累积效应所致.通过对比4次爆破作业的临界药量和实际药量,验证了利用导出的失稳判据评价露天矿边坡的稳定情况是合理可行的,对爆破开挖设计中实际药量的选择有一定的指导意义.     

岩石受拉破裂过程及其导水性研究

运用岩石破裂过程分析RFPA系统对单轴拉伸试验下硬岩、软岩两个试件的破裂过程进行了数值模拟,主要研究了硬岩、软岩的破裂失稳特点和导水性。试验结果表明硬岩达到应力峰值时,发生突然失稳,开始导水;软岩在拉伸作用时不会出现突发性失稳现象,而是达到极限应变时才开始破断、导水。由试验结果得出应力变化信息对于硬岩、应变变化信息对于软岩的拉伸破断和导水性具有积极的预报价值。