围岩稳定性分类的灰色优化模型及其在新城金矿的应用

用灰色关联方法进行围岩稳定性分类 ,是一种能考虑多种因素和不确定性的综合分类方法 ,更能反映围岩的自然特性。本文介绍了灰色优化理论模型函数的建立方法及其在新城金矿围岩稳定性分类中的应用。     

爆破震动对公路边坡稳定性影响的数值模拟

山区公路的施工过程中，往往采用爆破的方法进行开挖。在爆破震动作用下，公路边坡的稳定与否直接涉及到施工的安全与经济，并对今后的运营安全有重要影响。用非线性动态有限元DYNA^2D程序对爆破震动作用下的边坡进行了数值模拟，分析了爆破过程中边坡体中应力、速度和加速度的分布和传播规律，以及边坡观测点的位移，并与实测结果进行了对比。研究表明；所采取的爆破方案是切实可行的，数值模拟结果为实际工程施工提供了依据。     

空心包体应变计测量精度问题

空心包体应变计已在国内外地应力测量中得到广泛的应用。然而目前国内在使用空心包体应变计的测量结果计算地应力场的过程中存在着一些不可忽视的问题，这些问题与使用者对空心包体应变计的理论基础和工作原理缺乏认识有关。而这些问题的存在将大大影响地应力测量计算结果的可靠性和准确性。本文提出了有关问题并给出了解决这些问题的有效技术和方法。     

关于影响空心包体应变计地应力测量精度若干因素的讨论

空心包体应变计法测量地应力较其他地应力测量方法具有精度高、一次可测得三维应力的特点。蔡美峰教授对测量探头进行改进对最初的围压率定公式进行修正，大大提高空心包体地应力测量的精度。但是目前，空心包体地应力测量在实际操作、电路情况、温度变化以及率定公式等方面仍然存在一些误差。通过对国内目前使用的两种空心包体应变计探头在测量电路和温度补偿方面产生误差的大小和原因进行综合比较、分析，指出13线探头在电路方面产生的误差较小，而15线探头在温度补偿方面性能更优。详细分析目前使用的围压率定修正公式，指出蔡美峰教授推导的围压率定修正公式虽然较最初的率定公式在精度上有很大提高但未考虑树脂层受压产生抗力的影响，因此与实际情况也存在一定出入，并推导了完整形式的公式。     

基于分段解除的深部空心包体应变计中非线性优化算法

随着浅部资源的日益枯竭,地下开采的深度不断增大,千米级乃至更深的矿产资源开采已成为常态。因此弄清深部岩体原岩应力的赋存环境是至关重要的,目前CSIRO地应力测量作为国际岩石力学学会建议直接测量方法,在世界各地广泛使用。在浅部岩体空心包体应变计地应力测量解析式中,弹性模量和泊松比都是通过室内双轴加载数据拟合获得的常数。进入深部岩体表现出高度的非线性,在对解除岩芯进行高压双轴加卸载试验中发现围压与应变的关系非线性,并且随着围压不断增大非线性关系尤为突出。传统的双轴加载试验设备最大围压加载值试验室内测得20 MPa,不能满足深部岩体解除岩芯的高压双轴试验模拟解除岩石在深部所受的应力环境。因此对传统的设备进行改造,研发了一套高压双轴加载试验装置,所承受的理论最大径向压力为200 MPa以上,目前试验测试的最大围压为100 MPa。对三山岛金矿埋深800 m的解除岩芯进行了高压双轴加卸载试验,分析应力与应变的关系提出一种平均应力与体积模量和剪切模量之间的非线性双曲线模型,明确了模型中3个拟合参数的物理意义,推导出平均应力与应变之间的非线性关系特征公式。基于弹性力学理论原岩应力分量计算在不考虑解除路径时,应用最小二乘法进行计算后获得最大主应力大小为53. 11 MPa,西北312°,倾角为8°。本文提出的考虑解除路径的优化算法,将整个解除过程分成多个阶段,每个阶段的变形模量计算参数与解除岩芯所受应力状态有关,且符合推导的应力与应变的非线性关系公式,各个阶段叠加计算的最大主应力大小为47. 78 MPa,西北311°,倾角为5°。     

水厂铁矿深部边坡岩体水压致裂地应力测量与分析

对水厂铁矿区域工程地质进行了分析,采用水压致裂法对该矿深部边坡岩体进行了3个钻孔11个测段的地应力测量。结果表明:最大水平主应力方向平均为N82°E,与华北地区的主应力方向基本一致;最大水平主应力与最小水平主应力大小之比约为1.5;最大水平主应力的大小为2.16～14.79MPa,最小水平主应力的大小为1.66～8.00MPa,水平主应力是垂直应力的0.57～2.9倍。     

深部岩体大变形规律:金川二矿巷道变形与破坏现场综合观测研究

针对深部高应力下硐室和巷道时效大变形问题,重点开展了金川二矿深部巷道大变形破坏调查、多手段原位综合观察、大变形灾害安全管理标准等方面研究工作。首先针对不同围岩支护类型下大变形巷道破坏问题,从破坏表现形式的角度总结提炼了金川二矿巷道10种典型变形破坏模式并阐明其形成机制;进而依托1 150 m水平大巷的大变形试验研究段,采用巷道表面的三维激光扫描测量、岩体内部开裂的钻孔摄像观测、围岩不同深度变形的位移计自动量测相结合的方式,揭示了深部巷道表面变形的空间非对称性、围岩内部浅层与深层变形的非均匀性、时效变形增长的跳跃递进性等不同于浅部岩体变形特点和破坏方式的新特征,表明了金川二矿碎裂围岩时效大变形本质是高应力下巷道开挖诱发表层围岩开裂,并在重分布应力驱动下围岩开裂深度逐步向深部转移进而导致巷道围岩自身承载性能逐步劣化的机制,从而表现出持续的时效大变形;最后提出基于功能失效和结构失稳原则的深部巷道大变形安全管理标准,并在现场反馈分析与应用实践基础上总结出了控制二矿深部巷道变形灾害的"双层喷锚网+锚注"和"喷锚网注+单筋砼"复合支护技术,充分利用喷网混凝土的表面柔性支撑与围压效应、锚杆对围岩内部的抑制开裂效应、水泥浆的充填并粘合开裂缝效应、钢筋混凝土的强刚性抗压和恢复围压效应等组合功能,从而形成一种"由表及里、表里结合"改善围岩受力状态、重构围岩承载圈的支护理念。     

高陡边坡岩体力学环境的模糊综合评判研究

借用环境科学中环境质量评价的概念和方法，建立了高陡边坡岩体力学环境的多级模糊综合评判模型，并用该模型对我国大型铁矿－水厂铁矿高陡边坡岩体环境进行了综合评判。研究表明，用模糊综合评判方法评价高陡边坡的力学环境可以提供真实，全面的岩体信息，为工程决策提供可靠依据。     

能源桩三维螺旋线热源的瞬态传热模型

将螺旋埋管等效为三维螺旋线热源,考虑螺旋埋管能源桩的传热过程,运用格林函数和第一型曲线进行积分,推导给出了考虑时间、空间位置、埋管参数和岩土体热物理性质4参数的螺旋埋管能源桩的温度场解析解,建立高精度三维螺旋埋管能源桩的传热模型。并通过在数值模拟软件中建立螺旋埋管能源桩三维模型,依据边界条件,求解得出三维螺旋埋管能源桩温度场数值解。对比结果表明:所建立的能源桩三维螺旋线热源模型具有很高的解析精度。最后,基于解析模型讨论了螺旋埋管能源桩换热温度场的空间分布和时间效应。      

岩石点荷载强度指标取值的模糊随机方法

以1组点荷载试验数据为例，用模糊随机方法与传统的概率方法进行了对比研究。结果表明，不考虑模糊性的随机概率方法高估了岩土力学参数，这将直接影响到岩土工程的稳定性，因而，用模糊随机方法进行岩土参数取值是十分必要的。