由位移测定值反算流变岩体变形性质参数及地应力

煤系岩层往往具有明显的流变性能。本文根据线粘弹理论,对符合H-K模型的流变岩体,利用弹性-粘弹比拟,推导出圆孔直径两端的径向相对位移与地应力、岩体变形性质参数之间的关系式,从而为利用孔边位移量测结果反算地应力及变形性质参数提供了可能。由于流变岩体的位移在钻孔形成后还会随时间而改变。因此,位移量测不需要经过应力解除步骤。在围岩强度允许的条件下,流变岩体的位移量测也可以在圆形巷道中进行。     

粘弹岩体中立井连续施工过程的解析模拟

考虑立井连续施工过程,从解析角度研究施工过程中的应力与位移。从一般粘弹时变力学方程出发,用拉普拉斯变换法寻找粘弹问题解与弹性问题解的对应关系,指出只有自相似粘弹时变问题才可获得这种对应关系。对于可模拟为Maxwell粘弹性体的岩体,仅考虑自重应力作用时,根据这种对应关系得到圆形立井施工过程应力和位移解析解,并分析了施工速度和围岩径向位移之间的关系。     

考虑中间主应力和软化的圆形隧道围岩弹塑性分析

为研究中间主应力在圆形隧道围岩承载力所发挥的作用,根据统一强度理论和塑性增量的非相关性流动法则,提出了考虑中间主应力影响的应变软化围岩特征曲线的有限差分计算方法,并通过实例验证该方法的正确性。由于围岩的力学模型对特征曲线的影响较大,采用3种不同力学模型——弹塑性模型、弹脆性模型和应变软化模型,分别研究了中间主应力和支护力对圆形隧道围岩塑性区半径,应力分布和隧道洞壁处位移的影响。结果表明:当围岩采用弹塑性模型时,计算的塑性区半径和洞壁处的位移均较小,没有考虑岩体强度在塑性区的弱化,建议慎重选择;中间主应力对塑性区半径和洞壁处的位移发展均有抑制作用,特别是在无支护状态下弹脆性模型的抑制作用最显著;中间主应力对塑性发展的抑制作用随着支护力的增加而减小;弹塑性交界处围压,应变软化模型下软化区与残余区交界面的围压均与支护力无关,且随中间主应力影响系数的增加而减小。     

泥岩地层软化对反井扩孔井帮稳定影响分析

反井钻井法扩孔施工过程中,井帮缩径和井帮围岩失稳是反井钻井法发展的重难点问题。当扩孔穿过以遇水软化性岩石为主构成的地层时,水对井帮围岩的影响十分突出。以具有遇水软化特性的泥岩为研究对象,首先,通过浸水软化实验,得到不同浸水时间下泥岩的弹性模量和泊松比,再拟合出这两种参数与浸水时间的定量关系,并建立考虑软化效应的参数方程。然后,基于弹塑性模型塑性区位移解,得出扩孔井帮围岩无支护状态下的位移公式,再在此公式中代入考虑软化效应的参数。最后,建立考虑边界效应的井帮围岩位移与浸水时间解析模型,用来评价反井钻井法扩孔施工过程中井帮缩径和井帮围岩失稳的安全性,为反井钻井法的工程应用提供参考。     

粘弹塑性冻结壁计算理论研究

通过简单应力状态下冻土蠕变试验的研究,得出两淮地区冻土蠕变可以采用维亚洛夫经验本构模型来描述;由应力强度和应变强度等弹塑性力学概念,建立复杂应力状态下冻土的粘弹性蠕变本构方程,并且采用粘弹塑性理论推导了粘弹区和塑粘区冻结壁的扩展规律,论文公式能对冻结壁应力场和位移场进行粘弹塑性分析,为冻结法凿井工程设计提供参考。     

基于双剪统一强度理论的地下圆形洞室稳定性的研究

采用双剪统一强度理论，利用衬砌与围岩的位移协调条件对地下圆形洞室进行了弹塑性分析，获得了圆形洞室围岩应力场、位移场及塑性区半径的分析解，这些解推广了以往的Fenner及Kastner公式，可以合理地考虑中间主应力效应，适用于各种不同的工程材料．分析表明，中间主应力对围岩应力场、位移场、塑性区半径及支护反力均有影响．     

隧道力学问题的若干进展

结合我们一些年来在隧道力学领域的部分研究成果,就以下有关该方面进展的若干问题作了简扼介绍,其主要内容有: 一、隧洞围岩岩体与岩性参数的非线性反演分析; 二、粘弹塑性岩土介质与隧道衬砌结构的静力相互作用; 三、考虑作业面时空效应的隧洞弹粘塑性计算; 四、大断面洞室分部开挖以及洞群先后开挖优选等地下结构的施工力学问题; 五、关于隧道支护设计优化的专家智能系统; 六、隧道施工监控、反馈与预测; 七、隧道动力学问题。     

隧道围岩稳定性及安全性分析的位移判别方法

针对隧道围岩支护系统的稳定性和安全性问题,以及隧道围岩位移参数在隧道围岩稳定性及安全性中的重要作用,分析了隧道围岩位移的极限状态,建立了隧道围岩极限位移的确定方法和隧道围岩极限位移的判别准则。有助于构建隧道围岩稳定性分析的位移预测预报系统来解决这一复杂问题。     

大跨度空区顶板失稳临界参数及稳定性分析

为分析复杂空区顶板的稳定性,用力学理论与数值模拟相结合的方法对空区顶板的稳定性进行综合分析。采用简支梁理论、荷载传递交汇线理论、厚跨比法对空区顶板失稳临界参数进行计算,运用FLAC3D数值模拟软件对空区围岩的稳定性进行研究。结果表明,空区顶板的结构参数超出顶板失稳的临界参数的范围,空区处于失稳状态;空区稳定性数值模拟分析得出空区顶板中央位移较大,最大为4.7 cm,空区之间矿柱侧向位移较小;空区顶板最小主应力接近于拉应力状态;在空区顶板、底板及矿柱都有不同程度的塑性区分布,尤其是在矿柱上,分布范围较广,说明空区围岩稳定性较差,空区处于失稳状态比较明显,应及时采取措施治理空区。由此可见,基于FLAC3D的数值模拟分析空区稳定状态,可综合考虑影响空区失稳的因素,较真实反映空区围岩的应力应变及塑性分布状态,具有广泛的适应性。     

有压隧洞衬砌支护与围岩相互作用的承载分析

通过建立围岩、衬砌联合作用有限元计算模型,对深圳供水网络丰树山隧洞-围岩相互作用问题进行了研究,得到隧洞位移和应力分布规律。通过施工开挖仿真模拟,其结果为合理选择初衬时间提供理论依据,通过结构承载模拟,计算的内力为隧洞衬砌配筋设计、初期喷锚支护参数的选择提供前提条件,其结论对地下工程设计都具有参考意义。     

巷道围岩位移特性曲线预测的自适应神经模糊推理方法及应用

应用自适应神经模糊推理系统的原理,建立了巷道开挖围岩位移特性曲线预测的自适应神经模糊推理方法。应用该方法,预测了水口山矿务局康家湾铅锌矿十二中段排泥巷道围岩的位移特性曲线,并据此对实际施工过程中出现的衬砌破坏、合理的支护时间和衬砌刚度进行了分析,结果表明,该方法具有良好的适用性。     

隧道开挖支护过程围岩变形机理的数值分析

对育王岭隧道出口段建立了三维工程地质模型,选取工程岩体力学参数,利用FLAC3D软件分析了四级围岩随着开挖及支护过程应力场、位移场的变化特征,模拟结果表明围岩的分步支护过程对围岩应力应变产生了调节作用,其中二次衬砌和仰拱施工对于围岩应力调整作用明显,施工后隧洞底部围岩由受拉状态转变为受压状态,最大拉应力分布区域转移到了仰拱处,有利于隧道稳定。     

渗水厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验

以新疆伊犁一矿为工程背景,设计了物理模型试验,建立了渗水条件下厚砾石层斜井围岩破坏机理模型试验方法.实现了渐进加载作用下渗流状态时井筒围岩塌方破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对渗流状态下井筒围岩破坏过程及破坏过程中围岩应力和围岩位移变化规律进行了分析.研究结果表明,渗流条件下,非耦合支护厚砾石层巷道顶板离层现象明显,围岩顶板下沉量大于两帮围岩位移量,支架上承受的荷载明显增加;同时由于围岩的自承力明显减少,强度明显较低,支架受力就会变得很大,支架容易失稳;不同级渗流条件下,渐进加载时顶板土压力变化最为明显也最大,两帮的土压力次之.     

半煤岩回采巷道结构补偿位置数值分析优化

针对某矿Ⅳ622工作面的半煤岩回采巷道以圆形巷道围岩弹塑性变形范围及位移场分布作理论分析,得出如何提高支护阻力是控制巷道围岩稳定的关键;通过数值分析无支护状态、锚网支护及对支护承载体进行结构补偿后半煤岩回采巷道的弹塑性变形范围及位移场分布特征,提出合理围岩控制方案.实践证明:对于半煤岩回采巷道,采用理论与数值分析相结合,能有效确定合理锚索结构补偿位置,提高浅部围岩支护承载体的整体承载能力,控制巷道围岩变形与失稳破坏.     

基于Drucker-Prager准则的深部巷道破裂围岩弹塑性分析

基于Drucker-Prager屈服准则和非关联流动法则,考虑中间主应力、塑性区弹性应变及岩体剪胀性的影响,推导了深部圆形巷道围岩应力、变形及塑性区半径的封闭解析解。结合工程实例,对比分析了不同屈服准则和围岩参数对围岩状态变化的影响,研究结果表明：中间主应力对围岩破裂范围和表面位移均具有重要影响,且表现出明显的区间效应;剪胀角越大,扩容系数越大,围岩破裂范围与表面位移也就越大;围岩参数(残余黏聚力、残余内摩擦角、初始黏聚力)和支护阻力越大,围岩塑性区及破裂区范围均越小;D-P准则解分别与统一强度准则解、双剪强度准则解和M-C准则解相比,围岩破裂范围及表面位移均偏大,但与M-C准则解最为接近;在满足相同围岩变形条件下,D-P准则解所需支护阻力较其他3种准则解均较大,更偏向于刚性支护形式,分析结果可为巷道围岩稳定性评价与支护设计提供重要理论依据。     

巷道动力失稳下围岩松动特征分析及支护参数选取

针对煤矿开挖导致的巷道动力失稳问题,为了提升煤矿巷道安全性,对巷道动力失稳下围岩松动特征分析及支护参数选取问题进行研究。给出乌东煤矿工程概况,在巷道设3个监测点,当动力失稳现象出现时,分析巷道围岩物理学性能,对煤矿巷道动力失稳下巷道表面位移进行监测,并进行实验分析,通过实验结果实现围岩支护参数选取。实验结果表明,动力失稳现象会导致围岩岩样的抗压强度变低;在距离工作面距离为90 m时,顶底移近与两帮收敛的变形速率最大;当监测点的监测日期逐渐上升,顶板的锚杆受力与锚索受力不断加大,其中锚索受力相对较高,而锚杆下帮受力要低于锚索上帮受力。按照实验结果设计支护参数,以防止围岩松动变形对巷道带来影响。     

并行超小净距公路隧道施工变形监测分析

结合并行超小净距公路隧道工程实践,介绍了施工过程中围岩变形监测方案,主要对隧道地表沉降、拱顶下沉、洞周收敛和围岩内部位移等监测项目进行了相关探讨;基于监测结果,分析了该隧道施工过程中围岩变形规律和特点,为隧道支护合理时机和衬砌参数的优化提供了重要依据和参考,也确保了隧道施工安全.     

破碎区准备巷道围岩耦合控制研究

本文依托霍尔辛赫煤矿生产实际,结合秦巴列维奇理论,对巷道围岩破坏深度进行了推导,同时采用弹塑性力学中的卡斯特纳理论,对东翼盘区辅运大巷道围岩最大失稳位移、二次支护时最大失稳位移进行计算,得出巷道失稳预警阈值,并对锚索的设计参数进行设计,进行了现场应用。现场实测表明,新的支护参数起到了围岩控制作用。     

基于统一强度理论的TBM斜井围岩弹塑性解

对TBM斜井围岩应力场和渗流场进行耦合分析,基于统一强度理论对斜井围岩进行弹塑性力学研究,考虑中间主应力、侧压力系数、斜井倾角和渗流作用的影响,推导出TBM斜井衬砌和围岩中应力、位移解析表达式及塑性区半径计算式。结合工程实例计算分析,结果表明考虑中间主应力作用时,围岩自身稳定性得到增强;在二向非等压状态下,围岩侧压力系数、斜井倾角和渗流作用会对围岩塑性区分布和应力大小产生不同程度的影响。研究结果为渗流条件下TBM斜井施工及安全性评价提供了理论依据,具有工程参考意义。     

地下工程围岩衬砌多介质弹模识别方法

根据地下工程测量的位移，利用Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｔｑｕａｒｄｔ优化方法，提出了地下工程分区弹模反分析方法，实现了包括围岩和衬砌的多介质弹模识别。重点介绍该法的实现原理及有关计算技术。并以算例说明该法的有效性和正确性。