沿空留巷围岩结构灾变系统及控制力学模型研究

运用实用矿山压力控制理论建立了沿空留巷开采灾害系统模型,提出了无煤柱沿空留巷大、小结构理论,修正了内应力场范围计算方法,建立了给定变形、限定变形2种留巷结构力学模型.研究表明:沿空留巷巷道围岩大结构是指应力拱内岩梁,小结构是指巷旁充填体、顶煤、煤帮、直接顶、底板等锚固结构,二者力源来源于应力拱内岩层,其中巷旁充填体力源为裂断拱内裂断岩梁,煤帮力源来源于应力拱内岩梁作用;内应力场范围是传统范围求解的1.4倍;沿空留巷限定变形状态承载体承担起大结构内覆岩运动产生的作用载荷,对巷道进行支承保护作用;给定变形状态承载体(护巷煤柱或充填体)不承担大结构内覆岩运动产生的作用载荷,仅承担支承范围内直接顶载荷,并对巷道进行密封保护、隔绝采空区作用.     

基于固有振动频率的滑坡安全评价新方法

运用模型实验,在保持下滑力不变的情况下,通过固有振动频率对滑坡内部的黏结力、摩擦力等抗滑力指标进行分析。通过在弱稳定阶段中实际静摩擦力是否达到最大静摩擦力的方法,科学地判识滑体的稳定情况。结果表明：计算的摩擦力可以有效分析滑坡在弱稳定阶段期间的安全性,并证明固有振动频率监测比位移监测更加敏感。同时,固有振动频率的监测可对滑坡损伤做出定量判断,并可以评估滑坡静摩擦力指标,从而实现扰动后滑坡的安全评价。     

用于隧道减震的叠层剪切吸能结构剪切性能试验研究

提出一种新型叠层剪切吸能(LSED)结构改变衬砌连接方式,能够保证隧道在轴向上具有良好的变形能力和在环向上具有较好的抵抗变形的刚性能力。基于LSED结构的竖向承载和剪切变形能力开展LSED结构的室内剪切试验和数值试验研究,利用变异系数法评价橡胶剪切模量、橡胶层单层厚度、橡胶层层数和结构有效直径等因素对LSED结构水平剪切性能影响的权重。最后,利用有限元软件ABAQUS建立LSED结构-隧道衬砌-围岩三维精细化工程模型,并采用动力时程分析方法对其地震响应进行分析。研究结果表明：在压剪状态下,结构整体位移由下到上逐渐增大,橡胶层的受拉区主要集中在外侧边缘,拉应力及其分布面积由两端向中间逐渐减小,上表面的最大名义主应变最大值由上到下逐渐减小;钢板层较大应力区域主要分布在靠近上下封板部位。设计因素中橡胶剪切模量和结构内部钢板直径对LSED结构的水平等效刚度的影响更为显著;LSED结构的设置能有效降低衬砌的地震响应,且减震率达到45%以上。     

应用激光多普勒测振仪的岩块体累计损伤评价试验研究

岩块体崩塌破坏的突发性使其成为最难预防的地质灾害,严重威胁人类的生命财产安全.边坡岩块体崩塌破坏多是系统不稳定导致的动力破坏,而用振动特征参数来进行安全监测和损伤评价更为有效.本文应用激光多普勒测振技术,通过固有振动频率对危岩块体主控结构面的黏结力损伤进行定量分析.通过改进后的极限平衡模型,得出结构面不断劣化块体的安全系数由原来的1.17下降到1.04,与实际破坏结果相符.试验结果表明:固有振动频率一方面可对危岩块体累积损伤进行有效识别,另一方面可以为黏结力参数的合理确定提供客观的数据支持.因此,基于固有振动频率分析的激光多普勒测振技术可实现边坡岩块体的累计损伤评价,并将在未来的工程应用中发挥巨大的作用.     

论弹性基础变形效应对采场老顶活动规律的影响

由于煤体及直接顶岩层的弹性压缩变形,老顶岩梁端部开裂前并不是处于理想的嵌固支承状态。本文深入地分析了由直接顶和煤层组成的弹性基础变形效应对老顶岩梁活动规律的影响,给出了列传统老顶岩梁来压步距公式进行修正的具体方法。研究成果对于指导现场预计顶板活动规律和进行控制设计具有重要意义。     

基于颗粒离散元法的岩石节理面剪切破坏细观机理

基于颗粒流理论,以含不同粗糙度系数的岩石节理面为研究对象,利用PFC2D程序在恒定法向荷载(CNL)和恒定法向刚度(CNS)边界条件下进行直接剪切试验模拟,分别从宏观和细观角度探讨节理在不同边界条件下剪切过程中的力学演化规律和破坏机制。模拟值与JRC-JCS模型的预测值具有良好的一致性。研究结果表明:岩石节理面的抗剪强度及其对应的剪切位移以及残余强度随法向应力的增加而增大。CNL边界条件下的抗剪强度和残余强度比CNS边界条件的低,而法向位移比CNS边界条件的高;在整个剪切过程中,粒间接触力的分布和残余阶段最大接触力的变化趋势在2种边界条件下存在不同。节理面凸起位置容易发生接触压力集中现象,细观裂纹也主要聚集在凸起的位置且张拉裂纹占绝对优势。不论在CNL边界条件下还是在CNS边界条件下,试件在剪切过程中主要经历弹性阶段、稳定破裂传播阶段、非稳定破裂传播阶段以及残余阶段的稳定破裂传播阶段。     

论直接顶岩层初次来压阶段的控制方法

本文针对直接顶岩层初次来压阶段顶板事故占较大比例的实际状况,提出了合理确定初撑阻力强度、始动阻力强度及最小控顶距等来有效控制直接顶岩层初垮运动、防止事故的方法体系。     

有机无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3晶体的合成及气敏性测试

将CH_3NH_3I与PbI_2同时溶于丁内酯溶液形成黄色透明溶液,并将溶液涂覆在陶瓷管上,在90℃条件下制备钙钛矿结构的CH_3NH_3PbI_3。用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对合成的CH_3NH_3PbI_3晶体结构和表面形貌进行表征,并用气敏元件测试仪测试其气敏性。实验结果表明,陶瓷管上制备的CH_3NH_3PbI_3晶体结构是四方相,晶粒尺寸1~4μm,在室温条件下对NH_3具有高的选择性和灵敏度。     

矿山房式开采煤柱非稳定性破坏数值模拟

房式开采中煤柱的稳定性与生产安全息息相关。为了预测及预防房式开采中煤柱非稳定性破坏的发生,采用有限差分法对非稳定性破坏进行了分析。基于FLAC3D开展煤柱单轴抗压数值模拟试验,分析煤柱发生非稳定性破坏时系统应力-应变曲线的特征,捕捉非稳定破坏的征兆信息。研究发现:若系统应力-应变曲线峰后斜率接近垂直,则煤柱发生非稳定性破坏;若系统应力-应变曲线峰后斜率非垂直,总系统应变缓慢变化,此时煤柱发生稳定性破坏。最后结合实际工程问题,应用FLAC3D模拟房采区煤柱所处的真实环境,对煤柱的破坏进行了详细分析。结果显示,系统应力-应变曲线的峰后阶段非垂直,系统应变缓慢变化,煤柱发生稳定性破坏,及时预测了工程中煤柱是否会发生非稳定性破坏,为保障矿工安全提供了可靠依据。