深部高地应力巷道断面优化研究

巷道失稳和维护困难是困扰高地应力深部矿井的普遍问题,严重影响矿井的生产和经济效益的提高。深部矿井高地应力巷道有其自身的应力分布特点,对巷道的支护设计提出了更高的要求。研究从巷道断面优化着手,根据深部矿井高地应力巷道的地质赋存特征,结合淮南-780m水平现场地应力测试及室内岩石物理力学性质测试结果,运用FLAC3D三维显式有限差分法分析软件,建立巷道支护的三维数值计算模型,通过对几种方案巷道周边塑性区分布、应力场、位移场等的分析对比,得到了较为易于维持巷道稳定的巷道断面优化设计方案。     

层次分析法确定影响地下洞室围岩稳定性各因素的权值

在研究大型地下洞室围岩稳定性时,综合考虑了围岩强度和刚度、洞室高度和埋深、水平向地应力及其相互间距等影响因素,采用FLAC3D软件进行了16个工况的数值模拟计算,建立了影响地下洞室稳定性的层次分析法模型,对影响稳定性的各个指标因素进行判断矩阵的构造、特征向量的求解以及一致性的检验。这种分析方法可以从总体上对各因素进行排序,为将来预测地下洞室围岩稳定性提供必要的依据。     

用数字图像处理技术进行膨胀红砂岩细观结构动态劣变特征研究

针对南京红山窑水利枢纽工程红砂岩具有微膨胀、易风化、易湿化的特点,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、MTS81503岩石力学刚性电液伺服试验机等先进设备为测试手段,获得大量红砂岩在不同吸水时间下的细观结构照片,并对图片进行灰度处理,提出用数字图像相关技术处理不同含水状态下红砂岩试验随时间动态劣化过程的灰度分布图;进一步探讨不同注水时间的红砂岩细观结构劣变状态及裂纹扩展的定量描述,从而为分析与定量评价膨胀红砂岩随时间膨胀变形破坏机制,寻求一种可靠的研究方法.这一结果对南京红山窑水利枢纽工程地基处理方案设计与施工具有重大的参考价值.     

小湾水电站拱坝坝肩岩体加固方案分析研究

根据建立的多裂隙岩体弹塑性损伤耦合力学模型，通过三维有限元计算，系统地研究了小湾水电站拱坝坝肩岩体的稳定性，得到了坝肩岩体应力和变形的定量结果，在此基础上，提出了技术经济较优的坝肩加固方案。     

用数字图像相关技术进行红砂岩细观裂纹损伤特性研究

通过对红砂岩试样应变响应和表面裂纹图像的同步观测试验,以及试样表面细观裂纹萌生、扩展图像信息的采集和量化方法的研究。提出了用数字图像相关技术处理不同含水状态下红砂岩试样动态变形过程中的灰度分布图;并去除微裂纹,探讨了红砂岩动态损伤状态与其宏观力学之间的关联。为了获得试样微观预制裂纹扩展的定量描述,引入裂纹损伤度与损伤张量2个物理量,定量评价了含水状态下红砂岩预制细观裂纹动态渐进扩展损伤特性,进一步了解了单轴压缩状态下细观裂纹扩展的演化规律。     

急倾斜层状岩体中巨型地下洞室群开挖施工理论与优化研究

洞室群的开挖顺序和支护是影响洞室稳定性的重要因素。应用三维断裂损伤有限元法和施工过程力学的基本原理，研究龙滩电站急倾斜岩层中开挖大型地下洞室群的稳定性及最优的施工方案，根据围岩的破损区及位移场的变化规律，提出了较优的开挖施工方案。其计算方法和一些结论可为国内的相关工程设计和建设提供借鉴。     

煤层气解吸滞后定量分析模型

针对煤解吸滞后过程解、吸附量和速度变化特征,提出了煤层气解吸滞后定量分析模型。根据煤解吸滞后现象分析,结合"墨水瓶"理论,通过引入滞后因子α,提出了煤吸附-解吸模型,揭示了煤吸附-解吸过程质量变化的解吸滞后机理;通过比较解、吸附过程速度,提出了考虑煤基质吸附-解吸过程孔隙率变化的扩散方程,该方程中扩散系数直接可以反映吸附-解吸过程时间异步问题。基于Comsol计算平台,实现了煤层气解吸滞后定量分析模型的数值求解。数值模拟结果显示不同煤阶煤样的等温吸附实验数据验证了α值的合理性,拟合数据表明随煤阶提高,α值越大,解吸滞后程度越大;吸附-解吸过程中扩散系数的变化趋势相反,吸附过程中扩散系数随时间减小,吸附速率随时间减小,解吸过程中,其值随时间增大,解吸速率随时间增大,通过扩散系数得到的解、吸附速率变化趋势与实验室结果一致,证明了此参数的合理性,进而可用来分析解吸滞后现象在时间上的变化趋势。     

岩石-混凝土两相介质胶结面粗糙系数的分形描述

针对润扬长江公路大桥南汊悬索桥锚碇胶结面抗剪强度（抗剪强度的大小与胶结面粗糙度紧密相关）取值问题，采用室内控制粗糙系数试验的方法，测试了不同粗糙度的花岗岩与混凝土胶结面的抗剪强度.从形态数学原理出发，建立了均方根坡角法(ARMSS)测算岩石与混凝土胶结面轮廓线的分维数，定量描述其粗糙程度.岩石与混凝土胶结面粗糙系数(J_RC)可由分形维数D与分形截距A来确定，通过分形分析可以定量估计岩石力学中的J_RC值.     

城市地下分层空间功能定位和形态演变探讨

城市地下空间竖向分层化成为地下空间开发利用的主要趋势之一。本文立足于中国城市化以及城市地下空间利用迅速发展的新时代背景,通过分析浅层地下空间(地下10 m以上)、中层地下空间(地下10～50 m)和深层地下空间(地下50 m以下)的主要资源特性和最优功能设施布置,明确城市地下不同分层空间的主要功能定位。同时分析国内外不同的地下空间开发案例,重点探讨城市地下空间分层利用的布局模式和内在演变机理。以武汉市地下空间开发为例,分析了武汉市不同区域地下分层空间的结构形态的差异性。其研究成果有助于不同城市进行地下空间规划时,决定不同分层空间的功能设施和结构形态。     

逆断层错动作用下隧道衬砌铰接设计参数研究

以滇中引水工程香炉山隧洞穿越断层为工程背景,运用有限元方法计算断层错动作用下衬砌的轴向力学特性,发现断层错动对衬砌的影响集中在错动面两侧30 m。基于衬砌弯矩沿轴向的分布,初步确定"铰接设计"中节段长度及节段间柔性连接的宽度。通过正交试验研究衬砌节段长度、柔性连接宽度、柔性连接材料强度3种因素及水平对衬砌内力的影响,并采用极差分析得到"铰接设计"的最优水平组合。结果表明,"铰接设计"是一种有效的抗错断措施,通过自身变形有效吸收断层错动产生的位移,且能够大幅度减小衬砌沿轴向的内力值,弯矩、剪力、轴力的降幅均超过80%。综合比较了纤维塑性混凝土与高性能泡沫混凝土在强度及渗透性方面的优、缺点,认为纤维塑性混凝土具有一定弹性模量、抗渗性好、抗拉强度和韧性高,可作为柔性连接材料用于铰接设计,研究结果可为过断层隧洞设计提供一定参考价值。