基于离散元方法的粗糙性节理岩体直剪力学及尺寸效应特性

天然岩体中存在多组随机结构面,同时结构面几何上存在粗糙特性,基于这两种特性,建立了一种粗糙离散节理网络(Rough Discrete Fractures Network)RDFN模型,并基于颗粒流PFC2D开展了RDFN模型直剪条件下力学特性研究,与直线型DFN模型进行了对比。结果表明:节理几何粗糙特性对裂隙岩体的抗剪特性影响显著。相同加载条件下,考虑粗糙性后RDFN模型的抗剪强度、剪切模量均较DFN模型显著增高;DFN模型中微裂纹沿节理方向贯通,局部存在少量的基岩破坏,RDFN模型破坏模式相对复杂,沿剪切方向基岩单元破坏显著;随着样本尺寸的增大,节理模型的抗剪强度、剪切模量总体上均呈现降低趋势;尺寸效应分析结果表明抗剪指标均在尺寸达到4.0 m后趋于稳定。     

水厂铁矿边坡开挖FLAC3D数值模拟与分析

本文在地质环境资料调研、岩石力学试验和地应力测量等工作的基础上,以Mohr-Coulomb屈服准则为力学模型,采用FLAC3D三维有限差分方法,对首钢水厂铁矿Ⅳ工程地质区开挖过程中边坡岩体应力场、位移场、破坏场进行了数值模拟计算,并对模拟结果进行了系统分析,以指导矿山安全开采。     

新奥法巷道开挖监控及最佳二次支护时间的研究

新奥法巷道工程的核心内容是通过围岩变形的监测与分析检验围岩是否稳定及支护是否合理。针对工程开挖阶段,地质资料完整,但监测数据不足的特点,采用数值模拟方法,研究了开挖工作面推进与支护施工过程中巷道围岩变形规律,以围岩变形曲线为研究对象,讨论了开挖施工对巷道围岩的影响范围及不同开挖方式下的开挖面空间效应问题,并确定了最佳二次支护时间。     

基于声波测井的采空区衍生灾害现场监测研究

西部矿山开采引发的大尺度采空区衍生灾害严重，现有的防灾和减灾理论与技术远不能解决，迫切需要深入研究灾害的发生机理、演化过程和控制技术基础，使矿业城市衍生灾害的影响和损失降到最低程度。采用声波测井等综合监测方法分析与评价采空区上覆围岩断裂高度、裂缝的发育情况及垮落岩块冒落状态，提高了观测结果的精度和可靠性，对大采空区衍生灾害有效控制、治理和定量化预报基础研究奠定理论依据。这将对西部少数民族地区的经济发展和促进我国工程科学的发展具有深远的意义。     

凹山采场边坡多元信息监测及分析

针对南山铁矿现有主采场凹山采场挂帮矿开采、回采过程中的边坡稳定性问题,采取稳定性监测雷达、深部多点位移计和钻孔测力计3种监测手段对边坡变形进行实时监测,建立边坡表面位移、深部位移及深部应力立体监测网。根据监测分析得出如下结论：爆破振动是影响边坡稳定性的主要外因,优势结构面是影响边坡稳定性的主要内因;将边坡内部应力变化率作为边坡失稳的判据,相较于位移变化率具有超前性;建立边坡表面位移、深部多点位移和深部应力监测的多元信息监测网,能够有效地对边坡的稳定性进行预测,确保采场挂帮矿的安全开采。     

考虑应变软化和扩容的圆形巷道围岩强度准则效应

为了研究强度准则效应对圆形巷道围岩稳定性的影响,首先对Mohr-Coulomb(MC)准则、Drucker-Prager(DP)准则、统一强度理论和Mogi-Coulomb(MO)准则等4种岩石材料常用的强度准则进行归纳总结,得到了平面应变条件下统一形式的屈服方程;然后将巷道围岩划分为破碎区、塑性软化区和弹性区,同时引入强度参数软化模量和扩容系数,考虑中间主应力效应、岩石峰后应变软化和扩容特性,推导了巷道围岩应力、位移和塑性区半径统一解,并对新解的各影响因素进行了对比分析。分析结果表明:本文所提出的新解不仅形式简洁,而且可以灵活匹配不同的岩石强度准则;不考虑中间主应力效应的强度准则相对偏于保守,考虑中间主应力效应时,MO准则和权系数<0.5的统一强度理论计算得到的塑性区半径和位移处于中间水平,而外接圆DP准则和权系数>0.5的统一强度理论对中间主应力效应考虑较多,选用时需谨慎;应变软化会使塑性区内围岩的性质得到进一步劣化,出现更大范围的破碎区,提高破碎区残余强度是一种有效的支护方法;巷道围岩的扩容特性不仅与剪胀角有关,而且还与塑性势函数有关,不考虑扩容将会低估围岩的真实变形。研究结果可为巷道围岩稳定性评价和支护设计提供重要理论参考依据。     

滑动带稳定系数的敏感性影响规律的研究

针对复杂的地质条件,运用极限平衡方法中的Janbu条分法对金属矿山露天转地下开采过渡期露天坑边坡的稳定性进行分析,并研究了滑动带稳定系数F_s的敏感性的影响因子。通过敏感性计算,确定了滑带土粘聚力C,内摩擦角φ,滑体重度γ 3个主要影响因子。分析不同工况条件下,滑带土粘聚力C,内摩擦角φ,滑体重度γ与F_s的变化规律。根据主要影响因子的变化规律比较,得出内摩擦角φ比其他2个因子敏感度最强的结论。敏感性影响因子的变化规律分析,为很好地控制滑动带和保证露天坑滑坡防治提供了一定的理论依据。     

水厂铁矿水文地质环境及边坡渗流场模拟研究

边坡地下水渗流场分析是边坡稳定性研究的基础,本文以水厂铁矿高陡边坡为研究对象,采用工程勘查,钻孔压水、注水试验等对矿区水文地质环境进行了调研,并采用有限单元法对I地质分区边坡剖面进行了渗流场模拟研究,预测了边坡开挖至最终境界时的水压分布状况,为边坡稳定性研究提供了可靠的渗透系数和渗流场分布情况。     

基于虚拟现实和3D打印技术的“虚实结合”教学模式在岩土工程课程中的应用探索

岩土工程课程是一门理论与实践紧密结合的课程,教学内容涉及边坡工程、地下工程、工程岩体等复杂“立体式”结构,传统“平面式”教学的效果往往不佳,学生难以具体且形象地掌握边坡或地下等复杂工程的结构特征。针对这一难题,探索结合虚拟场景和3D打印技术的“虚实结合”教学模式和平台建设,并在课程教学中结合岩土工程实例进行实践应用。实践表明:学生在虚拟场景学习岩土工程的复杂结构,有效解决了学生现场考察面临的成本高、周期长、潜在风险高等不利问题,也更能激发学生的学习兴趣。通过3D打印技术,将虚拟场景和数字模型实体化,能培养学生的实际动手能力和创新思维,提高岩土工程类课程的教学质量。在新工科建设要求背景下,也为学生课外创新性试验等活动提供了平台,有利于教研相长和师生的良性互动。     

杏山铁矿露天转地下开采边坡变形分析

根据结构面与边坡面间的组合关系及地下矿体开采影响程度的不同,将边坡岩体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个区域,并分析了各个分区边坡岩体的稳定性状态。运用FLAC 3D软件,模拟地下-15m水平开采对边坡应力场、位移场的影响,结果表明受地下开采扰动的影响,研究区域位移沉降明显,下部岩体位移方向指向采空区,易出现塌落破坏以充填地下采空区,上部岩体位移方向沿坡面指向采坑底,易出现牵引式滑动破坏。