水下长隧道最小安全顶板厚度研究

根据轴线地质剖面和隧道轴线布置图,对某拟建中水下公路隧道最小安全顶板厚度的确定进行了研究,通过比较得出最合理的最小安全顶板厚度,对同类工程有很大的参考价值。     

基于偶应力理论的无网格Galerkin方法及尺度效应数值模拟研究

Cosserat介质理论又称为偶应力理论,它较传统连续介质力学更精确,在研究具有微结构介质的力学行为时具有优势.文中将偶应力理论和无网格方法结合在一起,建立基于偶应力理论的无网格方法的基本算法,导出离散模型的计算列式.首先以圆孔孔边应力集中问题和薄梁的弯曲问题为例,确定这一方法的基本参数,解决算法实施的关键技术.进而研究平面裂隙破裂问题,结果表明, 裂隙破裂的尺度效应明显,偶应力对裂隙始裂的破裂方向、破裂步长和破裂载荷有较大影响.     

深部高强锚注切顶自成巷方法与验证

针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井——山东泰安孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。     

基于岩体极限平衡理论的煤层底板突水危险性预测

基于岩体极限平衡理论,研究了完整近水平煤层底板突水力学机制。综合考虑底板隔水层厚度、工作面斜长及隔水层岩性组合特征,推导出了底板突水极限水压值计算公式。以保德煤矿为例,将突水极限水压值法运用到保德煤矿13＃煤底板突水危险性预测中。通过与传统突水系数法对比分析,阐明了突水极限水压值法的优越性:突水极限水压值法改进了传统突水系数法,可更有效地进行工作面斜长较大时的底板突水危险性预测。     

复杂条件下深基坑多层支护方法及数值模拟研究

海相沉积土岩复合地层,其上部淤泥质土承载力低易变形,合理选择支护方式对此条件下深基坑工程的稳定性显得尤为重要。而对于建筑物密集的区域,施工场地狭小,满足不了台阶式支护等对施工场地的要求,因此该文针对此种复杂地质条件,提出了多层支护结构的深基坑支护方式及其数值分析方法。运用有限差分软件FLAC^3D实现了多层支护结构的数值模拟,分析了采用不同支护结构时深基坑围护桩桩体挠曲位移、桩顶水平位移和竖向位移的变化规律。结合现场试验、监测数据研究了深基坑多层支护结构的变形特性和支护作用。与传统深基坑支护形式对比,多层支护结构能减少20%的锚索用量（密度上）,优化了支护方式。研究成果对海相沉积土岩复合地层条件下的深基坑工程具有重要的理论和工程指导意义。     

非线性破坏准则下水平浅埋条形锚板抗拔承载力的极限分析

基于非线性Mohr-Coulomb强度准则, 根据相关联的流动法则, 构造出条形锚板上方土体破坏的机动许可场, 利用极限分析上限法, 结合变分原理, 推导出了水平浅埋条形锚板极限抗拔力的表达式与极限状态下对应的土体破裂机制, 讨论了不同锚板设计参数与土体强度参数, 对锚板极限抗拔力与土体破裂机制的影响, 并将该文计算结果与不同计算方法对应计算结果进行了对比。计算表明：随着锚板埋置深度、土体初始粘聚力与重度的增加, 锚板的极限抗拔力不断增大;该文提出的土体破裂机制, 与现有文献中的试验结果一致, 破裂曲面的形状主要取决于非线性系数m的大小, 而且非线性系数m对锚板极限抗拔力也有着显著的影响, 随着非线性系数m增加, 锚板抗拔力非线性不断降低, 土体破裂范围不断减小, 破裂曲面的曲率则不断增加, 当m=1.0时, 破裂曲面退化为一平直面。该文上限解计算结果与现有文献计算成果以及数值计算结果非常接近, 从而证明了该计算方法的有效性, 为条形锚板的设计提供一定参考。     

含不连续面巷道的动力破坏过程数值分析

利用新近开发的动态版岩石破裂过程分析系统RFPA2D模拟了动力扰动下含不连续面巷道的破坏过程,从细观角度分析了不同宽度不连续面的岩石巷道在动力扰动下破坏的规律,并和未含不连续面巷道结构的相应情况进行比较,探讨了含不连续面巷道结构在动载荷作用下的力学特性,结果表明不连续面对应力波衰减作用明显,对巷道的稳定与破坏影响较大.     

TSP超前地质预报地震波反射特性研究

深埋隧道工程地质和水文地质条件复杂多变,盲目施工常会造成突水、突泥(涌砂)和塌方等安全事故,深入细致的超前地质预报工作是隧道信息化设计和施工的重要依据之一.以高风险岩溶隧道沪蓉西高速齐岳山隧道为工程背景,结合地震波传播理论和TSP超前地质预报实践,研究了岩溶隧道内断层破碎带,泥夹石充填型、软弱夹泥充填型、地下水充填型和无充填型溶洞,以及富水岩层的地震波反射特性;提出了以深度偏移为主要依据,并结合反射层图、反射事件表、纵横波速和岩体物性参数分析的预报方法,该方法可以有效提高TSP对断层破碎带、溶洞、和地下水的超前地质预报效果,对类似工程具有一定的借鉴意义.     

基于抗崩解特性的全风化花岗岩地层注浆参数设计方法

全风化花岗岩遇水极易崩解破坏,受工程扰动后常诱发突水突泥等地质灾害。为实现全风化花岗岩地层注浆加固参数的有效设计,基于响应面试验设计方法,通过注浆模拟试验获得注浆压力、全风化花岗岩初始含水率、黏土含量3因素对注浆后全风化花岗岩土体抗崩解特性及抗压强度的作用规律,并获得三者与抗崩解特性、抗压强度的拟合方程。结果表明:注浆压力、初始含水率、黏土含量对抗崩解特性及抗压强度影响程度大小顺序分别为注浆压力初始含水率黏土含量和注浆压力黏土含量初始含水率,其中注浆压力与注浆加固效果成正相关关系,但当注浆压力达到1.5 MPa时,抗崩解特性及抗压强度增幅减小;注浆加固效果随初始含水率和黏土含量的升高均呈先升高后降低的趋势,其中最佳含水率为16%,最佳黏土含量为24%。通过分析注浆压力、全风化花岗岩初始含水率及黏土含量三者之间的交互作用,提出全风化花岗岩地层注浆参数设计方法,根据初始含水率及黏土含量将全风化花岗岩分为低压注浆区(0.5～1.0 MPa)、中压注浆区(1.0～2.0 MPa)和高压注浆区(2.0～3.0 MPa)。通过现场工程验证,研究成果可用于指导该地层注浆加固参数设计,对全风化花岗岩及类似地层的注浆加固治理具有指导意义。     

济南城市防洪汛情预警等级判定方法

结合现有的城市防洪汛情预警等级判定方法,利用多元线性回归预测模型,提出了一种能够考虑多种影响因子共同作用下的城市防洪汛情预警等级判定模型,该模型对各相关因子的相关性比较高。利用济南市典型降雨数据对该模型进行了检验,结果表明:该模型回归效果良好,可以用于济南城市防洪汛情预警等级的判定。