探地雷达用于采煤区地表拉张裂隙探测研究

采煤区地表拉张裂隙发育特征的精准探测对于开展矿区地质环境整治具有重要意义。利用探地雷达技术开展了采煤区地表拉张裂隙发育位置、深度的探测,并与坑探实测及拟合分析结果进行对比,研究结果表明:探地雷达可以探测拉张裂隙发育位置、深度;探地雷达探测结果与坑探实测及拟合分析结果具有较高的吻合度,表明探地雷达技术在采煤区地表拉张裂隙发育特征探测方面具有较好的应用效果。     

基于探地雷达原位试验的空区探测研究

选用露天矿山边坡已揭露的空区进行探地雷达原位试验, 利用媒质的介电常数以及电磁波在地下介质中的反射和衰减特性, 结合空区露头的实际情况以及钻探资料对探测结果进行识别解释;进而归纳出该矿山边坡不同地质条件下电磁波反射特征。将原位测试得到的规律应用到该矿山其他位置处的空区探测, 并用现场钻孔和地质资料对其可靠性进行检验。研究结果表明, 基于原位试验获取拟探测矿山的雷达资料解释电磁波在同一矿山空区及其围岩中的传播规律的方法可行。     

露天矿滑坡体的探地雷达检测技术

提出了使用探地雷达检测露天矿山边坡的方法。通过探地雷达探测实际露天矿山边坡,反演分析解释沿测线的雷达图像,结合雷达正演模拟计算,对比Janbu法稳定性计算结果发现：雷达探测边坡内部构造的图像与地表出露的滑坡特征相符,与稳定性计算形成的圆弧滑坡面也基本吻合,而且雷达探测结果还揭示了台阶边坡内部潜在的地质缺陷。探测结果证明,探地雷达检测露天矿山边坡内部地质构造和缺陷是可行的。     

探地雷达对采煤工作面顶底板复杂构造探测研究

基于时域有限差分法模拟了探地雷达信号对采煤工作面顶、底板中可能存在的空洞、陷落柱、富水区、溶洞以及断层等复杂构造的响应特征,并结合实际物理模型,论证了利用探地雷达探测采煤工作面中各种复杂构造的可行性。通过在实验场地的探测实践,以及采用合理的雷达数据处理方法,确定了采煤工作面中的各种复杂构造的所在位置,探测结果与物理模型大体一致,取得了较好的地质效果。     

胶结充填体裂缝探地雷达探测与识别研究

裂缝是影响胶结充填体顶板稳定性的重要因素之一,确定裂缝深度是进行胶结充填体顶板稳定性分析的前提条件。为此,进行了探地雷达探测胶结充填体顶板裂缝的研究。首先测定了胶结充填体的相对介电常数,讨论了探地雷达探测胶结充填体裂缝的可行性;其次基于异常点的雷达电磁波散射和波的叠加原理,得出了垂直裂缝雷达波响应特征为裂缝顶、底端对应的双曲线波组,并在正演模拟得到了验证;最后对某铜矿胶结充填体顶板裂缝进行探测,探测结果为一簇双曲线波组。研究表明：探地雷达可用于探测胶结充填体裂缝。     

国内外探地雷达技术的比较与分析

通过对国内外3个系列探地雷达的探测机理、部分性能指标和探测效果进行比较分析,得出探地雷达的组成、探测原理、解释机理、要求条件和探测方法基本相同。国产探地雷达具有较好的后处理软件,但需要在信号采集和传输过程中增强抗干扰能力,进一步提高图像质量。     

运用矿井探地雷达探测汾西矿区的异常地质构造

基于探地雷达反射原理,介绍了防爆探地雷达在井下工作面的实用探测方式,并通过探地雷达在汾西矿区的应用试验,研究了防爆探地雷达实际探测效果。井下验证表明,探地雷达对断层、陷落柱等异常地质构造的探测比较准确,可为类似煤矿雷达探测提供参考。     

混凝土路面脱空区的探地雷达正演模拟

混凝土路面脱空是道路主要病害之一,在路面改造修补之前必须对其进行查明。探地雷达法具有无损、高效、直观、经济等优点,已被广泛用于道路检测中。该文简要介绍了探地雷达的基本原理,重点对混凝土路面不同充填脱空区进行雷达正演数值模拟,总结了不同性质脱空区的雷达图像特征和规律,结合工程实例,验证了正演模拟的正确性。该文对雷达图像解译具有较大的指导意义。     

公路用探地雷达及其应用

1 探地雷达与常规地质探测方法的比较 探地雷达是近十余年发展起来的一种新兴有效的浅层地下目标探测手段,与电阻率法、低频感应法及地震法等常规地下无损探测方法相比,探地雷达具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活、探测费用低等特点。在80年代中后期,探地雷达进入了实用化阶段,被广泛应用于社会生活     

探地雷达在探测路基地下空洞中的应用

简要介绍了探地雷达探测地下空洞的基本原理,并通过永连公路中探地雷达探测地下空洞的实际应用,说明探地雷达探测空洞的应用效果.由此说明探地雷达在路基勘查中具有广阔的应用前景.     

有岩爆倾向岩石的声发射特征试验研究

在一次循环加卸载条件下,通过对有岩爆倾向的石英闪长岩破坏过程的声发射试验,研究了声发射事件数(AE数)、能量、事件率、能率与应变、时间的关系以及AE信号的频谱特征。试验结果表明：岩石经历了初始压密段和非弹性塑性破坏段2个阶段。卸载条件比初始加载条件下的声发射活动要强烈,卸载作用进一步促进了岩石非稳定性破坏;岩石在发生破坏前,AE率与能率突然急剧增大;在加载-卸载-加载过程中,声发射活动的主频表现出了先低频再中频,最后到高频并伴随次高出现的这样一个发展过程;这为此类岩体的岩爆预报提供了一定的依据。     

深部软弱地层TBM围岩力学行为试验研究

为揭示TBM深部软弱围岩变形破坏力学特性,开展了反映深埋隧道TBM机械开挖卸荷本质——高初始围压下缓慢准静态卸荷这一卸荷特征的砂质泥岩三轴卸围压试验,研究结果表明:缓慢卸荷条件下的岩石峰前应力-应变曲线接近于常规三轴压缩峰前应力-应变曲线,卸荷屈服阶段产生损伤扩容,侧向变形加速增长,从体积压缩开始转向扩容;应力达到峰值强度后,岩石首先发生1~2级脆性跌落,随着围压继续缓慢卸荷,岩石沿一条斜率较小的近似斜直线发生伴随有多级次生微破裂的线性应变软化;岩石变形全过程由弹性变形段、峰前卸荷损伤扩容段、峰后脆性跌落段、含有多级微破裂的线性应变软化段以及残余强度阶段组成;岩石缓慢卸荷发生宏观张剪复合破坏,并伴有轴向劈裂裂纹,破裂断面为由许多劈裂裂纹相互贯通形成具有一定宽度的剪切带,剪切带内劈裂的岩片在轴向挤压力和沿破裂面的剪切力共同作用下被挤压和摩擦成许多细颗粒和岩粉。     

循环加卸载下岩石力学性能的加载速率效应研究

矿山开采过程中存在岩石受周期性扰动影响,对岩石的力学性质产生显著影响。为了解不同循环加卸载方式下岩石的加载速率效应,对矽卡岩试样进行不同加载速率的恒下限循环加卸载和变下限循环加卸载试验,对比分析了不同加载速率两种循环加卸载方式下试样的变形特征、能量演化规律以及破坏特性。结果表明：试样的峰值强度和残余变形具有不同加速率效应,但其峰值强度相比于常规单轴压缩试验均有提升;随加载速率增大,试样各阶段的输入能、弹性能和耗散能均呈增长趋势,但表现形式有所差异;试样的破坏方式及形态均表现出加速率效应,随着加载速率的增大其破坏程度加剧。     

卸荷速度对围岩变形影响的试验研究

巷道/隧道围岩的开挖卸荷效应,直接关系到围岩稳定、支护设计和施工工艺的选择。利用自主研发的开挖卸荷试验系统,对水泥砂浆制作的厚壁圆筒小型围岩试件进行了快、慢速卸荷试验研究,获得小型围岩试件在开挖卸荷过程中的变形规律与破坏形态。试验结果表明:①快、慢速卸荷的径向应变及切向应变与时间的关系曲线表现出明显的3个特征阶段:试件压密阶段、快速变形阶段、卸荷后缓慢变形阶段。②同一横断面处,内侧的切向应变对卸荷作用反应更快、更显著,变形量更大。径向内侧产生的变形总量均大于外侧,而轴向内侧产生的变形总量小于外侧。③无论快速或慢速卸荷,同一测点处,切向应变最大,占据重要地位。径向变形集中在卸荷阶段产生,轴向变形集中在卸荷后维持阶段产生。④卸荷阶段,随着压差增大,慢速卸荷的切向、轴向应变呈加速发展趋势,内、外侧径向应变差值约为200×10~(-6)。快速卸荷的切向、轴向应变呈收敛发展趋势,内、外侧径向应变基本相同。维持阶段,快、慢速卸荷切向、轴向内外侧偏差持续增大。快速卸荷时内、外侧径向应变在维持阶段才开始区别开来,且差值越来越大。⑤试件压缩高度变低,且外侧出现环状贯通面并伴随劈裂破坏,在内壁出现片状剪切破坏区;横断面出现两个类似于圆环破坏带的破坏区。     

含瓦斯煤岩卸围压变形特征及瓦斯渗流试验

运用自制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,进行了含瓦斯煤岩卸围压瓦斯渗流试验,研究其卸围压过程中的变形和瓦斯渗流特性。研究结果表明,卸围压试验煤样破坏形式是以剪切破坏为主的张剪复合破坏。卸围压过程中,含瓦斯煤岩围压-应变曲线可以分为3个阶段：屈服前阶段、屈服后阶段、破坏失稳阶段。渗透率-应变曲线与围压-应变曲线呈现出明显的对应关系,表明围压对煤岩的变形和渗透率有重大影响,煤岩渗透率的变化与煤岩的变形损伤演化过程密切相关。卸围压后,含瓦斯煤岩的泊松比立即转为向变大的方向发展,变形模量立即转为向变小的方向发展,并在卸围压过程中发展的趋势保持不变。     

基于相似材料试验的节理边坡稳定性分析

节理岩质边坡通常是由节理岩块及完整岩块构成的复杂地质体,其稳定性受到节理产状特点与边坡开挖卸荷作用共同影响,因此节理边坡稳定性分析一直是岩土力学的研究热点。本文结合袁家村铁矿边坡的复杂节理条件,设计了相似材料试验,通过材料制备、节理预制、开挖模拟等试验环节再现边坡开挖卸荷破坏过程,并借助XTDP摄影测量系统对边坡进行位移监测,获得了顺层节理边坡开挖过程中变形、破坏以及最终滑移的全过程。根据试验结果明确了袁家村铁矿复杂多节理边坡在开挖过程中的节理开裂深度与滑移范围,为后期的边坡加固与防滑治灾提供了理论依据。     

软-陡基底排土场边坡破坏模式与机理

针对西藏甲玛铜矿角岩排土场基底倾角大、表土层软的特点,以该地区排土场为工程背景,基于相似模拟原理,采用底摩擦试验与数值模拟相结合的方法,进行了软-陡基底排土场失稳模式和机理研究;通过非接触式位移监测系统获得了排土场变形移动演化规律。试验结果表明:①软-陡基底排土场变形失稳大致分为坡脚卸荷变形、垂直张拉裂缝贯通和张拉裂缝扩展三个阶段;②基底软弱土层受压,坡脚处软弱土层受剪切作用明显,是滑移变形失稳触发地带;③潜在滑移面穿过软弱土层,形成近似圆弧滑面。软-陡基底排土场失稳破坏主要呈现沉降、拉裂和滑移模式。     

含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验

以重庆松藻煤电有限责任公司的典型煤与瓦斯突出矿井--打通一矿7号煤层为研究对象,利用自行研制的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置”,进行了不同初始围压和不同瓦斯压力组合条件下,含瓦斯煤多级式卸围压变形破坏及渗透率演化规律实验研究。研究结果表明：开始卸围压后,煤岩并不是立即被破坏失稳,而是维持在σu1一段时间,经历n级卸围压作用后才会失稳;在煤样失稳前,每一级卸围压过程中煤样的变形和渗透率变化速度都是不一样的,均呈加速增大的趋势;在每一级围压恒定阶段,随着围压的降低,煤岩的蠕变速度和渗透率也均是加速增大的;卸围压阶段比围压恒定阶段变形和渗透率增大速度快得多;无论是卸围压过程还是恒定围压阶段,围压降低引起的横向变形的变化速度均大于轴向变形的变化速度。     

充填体单轴加载速率效应的模拟分析

在矿山开采中充填体发生的卸荷破坏与室内的不同加载速率下的加载破坏过程十分相似。为探究充填体的力学特性与加载速率的关系,采用PFC2D数值模拟建立充填体模型,施加5种不同的加载速率试验。结果表明:1)充填体抗压强度随着加载速率的增大而呈多项式关系增长。峰值应变呈S状曲线增大,弹性模量先增后减。2)裂纹演化与损伤能耗的演变规律相似,速率越小,曲线拐点到来越早。3)模型的主要破坏形式为张拉破坏,速率增大,由单调破坏向多种破坏发展,裂纹分布更密集。4)不同加载速率下充填体的破坏形式统一,但速率的不同使得能耗增长速率和所需总能耗量存在差异。