大柳树坝址工程断错效应分析

坐落于中卫-同心活动断裂带中间部位的黄河黑山峡大柳树坝址,距F201发震断层垂直距离不足1.5km。统计表明,在青藏高原及其周缘地区,当发生Ⅶ级以上破坏性地震时,距发震断裂两侧3～5km的范围内都有可能出现断层的分支破裂、次生破裂等错断效应。大柳树坝址处于Ⅶ级以上地震时的分支破裂发生带内,因此,存在工程错断效应问题。三维有限元数值模拟结果表明,断层F201发生错动时,坝址地段断层F93、F39、F40相对于F201的错动比率处分别达到14.38%、12.00%和9.84%以上。     

基于剪切梁的地垒断层型矿震解析分析

为得到地垒组合型断层失稳诱发矿震的方式及断层影响区顶板平衡结构的解析解,将顶板简化为剪切梁模型进行分析.基于弹性剪切梁确定了顶板最大等效剪力位置和顶板初次垮落步距的计算公式.顶板等效剪力随着采空区跨度的增加而增加,达到顶板极限值时发生初次来压,顶板断裂位置出现在煤层内部.用弹塑性剪切梁模型分析存在地垒断层的采场顶板初次来压和周期来压,当最大等效剪力达到断层剪切极限时,断层错动,释放能量,发生矿震.     

金川二矿区14行风井再加固方案的可行性研究

金川二矿区14行风井破坏返修后,新井筒上部又出现了两条较大的近水平的裂缝,对此,进一步提出对返修后井筒的再加固方案。本文结合金川矿山地表岩移GPS监测结果,采用数值模拟的方法,对再加固方案的可行性进行了论证。结果表明,实施浅部的加固措施并没有改变竖井受采动影响的程度,更未实现预期的加固效果。继而对加固锚索施加预应力来检验加固方案本身的适应性,发现加固前后竖井井壁位移和应力的大小、分布也没有明显变化。可见,对于采动影响区内的竖井,采取单纯浅部加固的方案并无效果。最后,综合考虑14行风井破坏的原因、前期加固方案存在的问题和岩移趋势,提出了进一步加固措施的建议。     

水平互层围岩隧道破坏机理及其范围预测模型

水平互层围岩因其显著的层理构造, 导致其破坏形式相较于均质围岩有较大区别. 目前针对水平互层围岩的研究集中在单一破坏模式, 未考虑破坏形式的多样性. 为探究水平互层围岩的破坏范围, 首先按其层理面划分为单层围岩进行分析, 将围岩破坏分为拉破坏、楔形剪切破坏和拱形剪切破坏3种典型模式, 分别建立了岩梁受拉分析模型和拱形关键块剪切分析模型进行分析, 提出了相应的破坏准则, 并引入塌落系数和临界高度对不同破坏模式的孕育条件进行研究, 将此方法应用于矿井巷道和隧道工程实例中, 与既有方法进行比较, 验证了单层围岩破坏机理模型的可靠性, 同时代入离层破坏算例中验证其实用性. 并以此为基础, 结合破坏范围层间连续条件和破坏休止条件建立水平互层围岩破坏预测模型, 将上述水平互层围岩破坏模型应用于补连塔矿巷道实例. 结果表明本文预测的水平互层围岩破坏范围与数值模拟结果、真实塌落情况吻合较好. 研究成果可为水平互层围岩隧道支护方案设计提供理论基础.      

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

西气东输管道工程中卫黄河穿越隧道场地工程地质条件评价

西气东输工程中卫黄河穿越隧道长1197.77m,高4.3m,宽5.6m。隧道入口高于黄河水位28m,出口高于黄河水位45m。隧道顶板高程为1130m。位于黄河水下100m。隧道场地围岩为寒武系磨盘井组灰绿色、银灰色浅变质中厚层细粒长石石英砂岩、千枚状板岩、绢云母化千枚岩。围岩为弱风化Ⅲ～Ⅳ类岩石。透水率为4～67Lu,纵波波速为500～3300m.s^-1。BQ为300～400。变形模量为6.11～9.22GPa。泊松比（μ）0.14～0.24。内摩擦角（ψ）为42.1°～44.7°。地下水为基岩裂隙水。含水层为寒武系浅变质岩,受大气降水渗入补给,单井涌水量为1.0～50m³.d^-1。隧道轴线穿越区岩体较完整—较破碎,未有全新活动断层。隧道位置选择和开挖深度设计是可行的。施工和长期运营是安全的。     

FRP加固钢筋混凝土梁界面开裂分析

应用理论分析及有限元模拟和模型试验相结合的方法分析了FRP加固钢筋混凝土(RC)梁界面的开裂破坏规律。研究结果表明:FRP加固RC梁界面开裂可以应用断裂力学的方法解析,理论分析结论与有限元模拟结果一致。在FRP的剥离角度较大时界面是Ⅰ型和Ⅱ型混合开裂;同时考虑到混凝土剪切裂缝上下错动的尺寸与构件的尺寸相比很小,FRP-RC梁界面主要表现为Ⅱ型断裂。界面的应力强度因子随着加载的增加分为三个发展阶段,分别以混凝土开裂和钢筋屈服为分界点,界面的临界应力强度因子约为5.91MPa·m0.5。并结合试验给出了FRP的极限剥离应变,在工程应用中控制FRP应变在剥离应变以内可以有效地避免界面开裂破坏的发生。     

井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究

以山西平朔安太堡矿露井联合开采为例,通过数值模拟及现场位移监测资料对比分析,探讨了露天矿高边坡在顺坡、逆坡及侧向切坡开采3种情况下的复合应力场和位移场的分布特征及规律。研究表明,边坡内井工开采不利于边坡稳定性,但由于工作面推进方向不同,边坡受采动影响部位的顺序不同,因而对边坡稳定性的影响存在一定的差异。逆坡开采时,随着工作面向坡内推进,边坡前、后期表现出两种完全不同类型的变形位移,前期以倾倒型崩塌破坏为主,后期稳定性有所增强; 顺坡开采时,边坡保安煤柱宽度不断减小,在侧向偏压作用下,边坡将产生沿软弱结构面的推动式剪切滑动; 边坡下切坡开采时,边坡除发生沿软弱结构面的推动式剪切滑动外,还可能发生后缘沿采空裂隙、下部沿软弱层面的张拉滑动变形。
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冲击扰动下泥页岩块剪切蠕变损伤特性研究

矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节,然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性,甚至促使滑坡灾害的发生。为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响,以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩为研究对象,利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统开展了不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验。试验结果表明：（1）冲击扰动对软岩剪切蠕变破坏具有明显的促进作用,随着冲击扰动能量的增加,软岩进入加速蠕变历时缩短,蠕变破坏总时长与剪切蠕变破坏强度亦随之降低。（2）冲击能量可改变泥页岩剪切破坏面的发育特征,冲击扰动能量越大,剪切面裂隙发育越充分且岩样结构形态越破碎。（3）岩样总体变形量与冲击能量呈正相关关系,随着冲击能量的增加,其造成的总变形中塑性永久变形占比越大而弹性变形占比约小,当冲击能量为7.09J时两次冲击后的塑形永久变形占比均不小于73.1%。根据试验结果,引入基于冲击能量的损伤因子D,建立了考虑冲击扰动效应的软岩剪切蠕变损伤模型。采用BFGS算法和1stOpt通用全局优化数学软件进行了模型参数辨识,采用损伤模型对试验结果进行拟合后发现,所建立模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩剪切蠕变变形的全过程,可为爆破扰动效应下的矿山边坡长期稳定性研究提供一定的理论基础。     

爆炸荷载作用下影响RC梁破坏形态的主要因素分析

在冲击、爆炸等强荷载作用下，钢筋混凝土结构通常是发生弯曲破坏。室内外试验结果表明，当动荷载峰值较大、作用时间较短（脉冲荷载）时，钢筋混凝土结构易发生脆性的剪切破坏，其主要原因是脉冲荷载的高频成份丰富和加载速率高等特点容易激发结构构件中的剪切变形和剪 应力。本文基于Timoshenko梁理论，提出了一种爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态的有限差分预报方法，利用该方法分析了荷载加载速率、截面高度、混凝土强度、配筋率等对钢筋混凝土破坏形态的影响规律，并指出，随着荷载升压段加载速率、截面高度、主筋配筋率的增加或混凝土强度的降低，梁的破坏形态从弯曲破坏转变为剪切破坏。     

竖井开挖的不稳定性和岩爆的力学机制

基于稳定性理论和弹塑性厚壁筒的解析解,研究了竖井开挖过程的平衡路径,并将屈服后的井壁压力--位移平衡路径曲线应用到围岩的稳定性分析.研究表明,竖井围岩的不稳定及其岩爆的发生不仅取决于岩石材料应力应变全过程曲线的峰后特性,还取决于竖井开挖过程对应的平衡路径曲线的类型.平衡路径曲线能够描述围岩结构加载屈服后的力学行为.平衡路径的曲线形状只可能有两种类型,一种曲线上的点都处于稳定的平衡状态,虽有塑性变形的累积,但不会失稳崩落;另一种曲线则发生极值点型井壁失稳并伴有位移突跳.竖井开挖过程的平衡路径曲线是判定围岩岩爆发生的关键因素.极值点型失稳和位移突跳是均质围岩中岩爆可能发生的一种力学机制.      

浅埋小净距隧道爆破损伤探测及数值模拟分析

为了研究爆破荷载对浅埋小净距隧道围岩造成的损伤影响,以济南顺河快速路南延工程浅埋暗挖段为工程背景,通过LSDYNA软件将建立的各向异性动态损伤本构用于隧道爆破的损伤数值模拟,研究炮孔周围的损伤范围;并基于声波测试原理,对浅埋小净距隧道围岩的损伤进行了现场探测。结果表明:在数值模拟中,单个炮孔爆破形成的最大损伤影响半径为0.58 m,最大损伤影响深度为1.88 m,根据岩体的损伤破坏阈值,岩体的破坏水平范围可达0.14 m,破坏深度为1.70 m;根据现场探测,中夹岩受双线隧道交替爆破开挖其损伤程度较围岩其他部位要高,爆破开挖对隧道围岩造成的损伤范围在0.50 m左右,与模拟结果相接近,验证了各向异性动态损伤本构的准确性。研究成果对浅埋小净距隧道的爆破开挖和损伤控制具有一定指导作用。     

汶川大地震触发地质灾害的断层效应分析

“5·12”汶川大地震(Ms=8.0)触发了数以万计的崩滑地质灾害,分布范围约10万km2。这些地质灾害的空间分布固然受地形地貌、地层岩性和人类工程活动等因素的影响,然而主要还是受到发震断层的控制,沿发震断裂呈带状分布。通过都(江堰)—汶(川)路、北川—安县、马公—红光3个地质灾害集中发育区的研究,发现汶川地震地质灾害具有以下断层效应：（1）由于属逆断型发震,地质灾害的分布表现出了明显的"上/下盘效应",发震断层上盘较下盘地质灾害分布密度高、范围广、规模大;（2）断层上盘0~7km范围为地质灾害强发育区,断层上盘7～11km范围和下盘0～5km范围为地质灾害中等发育区;绝大多数的大型滑坡都分布在距断层5km范围内;（3）断裂的转折和错列部位是地质灾害集中发育部位,大型地质灾害也往往发生在这些部位;（4）滑坡滑动的优势方向为NW-SE, 与映秀—北川断裂的空间展布方向基本垂直,这与地震波垂直于断层方向传播有密切的关系;（5）地震地质灾害主要集中发育在Ⅸ度及其以上烈度的区域。其中,Ⅺ度区发育密度与Ⅹ度区的基本相当,Ⅸ度区灾害密度只有前两者的1/3,而Ⅷ度区发育密度只有Ⅺ度区或Ⅹ度区的1/10。     

垂直断层破碎带对Rayleigh波传播与场地地震动反应的影响

采用基于时域粘弹性人工边界的Rayleigh波输入方法,对具有不同宽度、不同剪切波速的垂直断层破碎带的场地进行了Rayleigh波作用下的动力时程反应分析,研究了垂直断层的宽度与剪切波速变化对Rayleigh波传播及场地地震动反应的影响。计算结果表明:在Rayleigh波入射一侧的中远场地表面,断层宽度与剪切波速的变化对地面峰值位移反应影响很小;在Rayleigh波入射一侧的断层角点以及距角点较近处,随着断层宽度的增大或剪切波速的减小,峰值位移反应均增大;在另一侧中远场地面的峰值位移反应随着断层宽度的增大或剪切波速的减小而减小,且水平位移峰值减小的程度略大于竖向位移峰值。由此可以看到,软弱的断层破碎带对通过的Rayleigh波有削弱作用,且破碎带越宽或剪切波速越小削弱作用越明显。     

胶结砂砾石层面直剪试验及破坏行为细观研究

本文采用宏观试验和细观模拟相结合的方法研究胶结砂砾石层面在剪切过程中的破坏行为．首先进行了不同法向应力作用下的胶结砂砾石层面直剪试验,获得了不同的剪切面破坏特征：随着法向应力的不断增加,剪切破坏面凹凸起伏程度、骨料脱落现象越发明显．其次为了深入探究层面破坏现象,按照室内试验采用的骨料级配粒径建立细观颗粒数值模型,结合物理试验对模型进行参数标定,并进行数值模型的层面直剪模拟和细观分析．结果表明,数值模型可以再现宏观直剪试验层面破坏特征;法向应力越大,层面区域颗粒发生错动和翻转的数量越多;层面破坏方式为颗粒间的张拉和剪切混合破坏,裂隙均集中在层面位置,随着法向应力的增加,裂隙的集中区域逐渐由“面”向“带”转变．     

工程因素对围岩稳定性影响三维数值模拟分析

结合某地下工程实际,运用FLAC^3D模拟了巷道断面形状、开挖面距离以及开挖顺序对巷道围岩稳定性的影响,并模拟了围岩深部多点位移规律。结果表明,相同围岩条件下,不同断面形状其力学效应不同,同一断面在不同围岩条件下变形不一样;围岩水平位移曲线随开挖面的距离呈“S”形,围岩水平最大位移主要发生在距开挖面后方 2倍巷道长径的范围内;Ⅲ级围岩深部位移影响范围约 2 .8～ 4 .3m,Ⅳ级围岩影响范围 6 .9～ 7.8m;对较大断面,分步开挖有利于围岩控制。     

小间距隧道爆破开挖动力效应数值模拟研究

从爆破施工的特点入手，对小间距隧道在采用典型双侧导坑法时的爆破施工动力效应进行了数值模拟研究，给出了爆破施工在已有洞室周边产生的动力效应的一般规律，指出在爆破（后开挖洞室）开挖影响区以内，合理确定已有洞室二次衬砌施作时间的重要性，并给出了爆破施工对已有洞室稳定性影响较大的关键开挖位置。研究表明，爆破动载荷对小间距隧道围岩稳定性的影响主要表现为爆炸应力波造成围岩临空面的反射拉伸破坏，破坏较严重的是已有洞室的迎爆墙、拱脚、拱顶等部位。所得结论对小间距隧道爆破施工有一定的参考价值。     

内排及削坡对露天矿边坡稳定性影响的实验分析

露天矿边坡稳定是煤矿工程安全生产的主要问题之一。采用内排压脚和削坡减重措施对增强边坡稳定作用较大,有利于现场开采安全。以安家岭露天矿29209工作面为研究对象,采用相似材料模型和数值模拟相结合的方法,研究内排及削坡对露天矿边坡稳定性的影响。研究结果表明,上覆岩层的垮落和变形形成的"拱式"结构使得岩体向边坡临空面方向发生水平移动,造成边坡岩体的开裂,甚至形成滑移面或潜在滑移面;随工作面的推进,地表形成W型沉陷形状,沉陷区域波及到坡面位置,累计沉降值达到2m左右;内排和削坡措施可有效减小边坡沿煤层上下面的错动;边坡的变形破坏以层间错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷;当工作面推进超过设计停采线50m时,垂直方向裂隙带下沉,1360平盘向边坡临空面水平推移约3m,形成典型"推移式"滑坡模式。     

小湾水电站坝址区低高程岸坡表生改造特征及机制研究

摘要：小湾水电站坝基、水垫塘边坡及低高程排水洞系统广泛地揭示了低高程岸坡的地质特征。基于现场调查和二维弹塑性有限元分析,深化认识了低高程岸坡表生改造特征：（1）它是在建造和构造改造的基础上进行的：原构造缓倾角节理扩展、错动;陡倾角节理扩展、产状改变以及错动;新生了大量中缓倾角裂隙;表生改造程度向坡内减弱。（2）建立了低高程岸坡表生改造缓裂生成机制模型,分析了其生成过程。（3）在二维弹塑性有限元分析中,基于拉破坏区分布、剪应变和点安全度等指标,分析了低高程岸坡卸荷松弛范围,其中谷底表生改造明显影响深度为6~9m。     

0Cr17Mn5Ni4Mo3Al不锈钢绝热剪切破坏分析

应用分离式Hopkinson压杆（SHPB）装置对0Cr17Mn5Ni4Mo3Al不锈钢圆柱试件进行动态冲击实验。当用300 mm子弹、以50 m/s的速度加载,真应变达到45%时,不锈钢发生以轴线为对称轴的圆锥型破坏。但是用100 mm的子弹以同样的速度进行多次加载,真应变达到80%时,试件仍保持完好。说明试件的破坏与绝热条件有关。对处于破坏临界状态的试件进行金相观察发现：在横截面上,一个圆环形区域内的晶粒被拉长错位;而通过轴线的纵剖面内则有一个与轴线呈45°、宽度约10μm的狭长矩形区域内的晶粒被拉伸成“Z”字形,形成绝热剪切带,晶粒变形从端面到中心逐渐减弱。当高速变形继续进行时,该区域的温度会继续升高,试件将发生绝热剪切破坏。