精彩的学生实验探究活动

苏教版教材中新增了大量鲜活有趣的实验探究活动,给学生提供了一个开展自主、探究、合作学习和自由展示操作能力及思维能力的平台。教学实践表明,这些实验活动大大激发了学生学习化学的自觉性和积极性。学生在探究活动中,开发了一些精彩的实验,展示了学生的创新思维和创造能力。     

隧道围岩变形破坏概率的SVM分析方法

以隧道周边收敛为准则构建了隧道围岩稳定功能函数的通用形式,分析指出了该形式在复杂地层隧道中的具体解析表达及其破坏概率求解方面存在的困难。引入具有较好拟合与预测能力的支持向量机(SVM)理论,建立了隧道周边收敛变形与岩体物理力学参数解析关系的高精度近似表达式,导出了其相应的功能函数。将该功能函数嵌入以验算点和可靠性指标收敛为目标、循环迭代、逐步逼近的响应面求解思路中,构建了在变形准则下的隧道围岩破坏概率分析步骤,形成了一种效率较高的新算法。采用该方法分析了某隧道围岩变形破坏问题,与Monte-Carlo法对比得出,该方法计算量远小于Monte-Carlo法,计算结果与其相对差值仅为2.42%。     

软弱围岩隧道塌方段力学性状测试与数值分析

为研究软弱围岩隧道塌方段的力学性状和处治方案,以拴马岭隧道为例,通过现场监测和数值模拟手段,对软弱围岩隧道塌方成因以及采用小导管环向注浆、锁脚锚杆、小导管超前注浆治理软弱围岩隧道塌方的效果进行了分析。结果表明:软弱围岩隧道塌方是以陡倾角断裂面发生剪切滑移为主因的剪切滑移型塌方;相比锁脚锚杆而言,系统锚杆对伴有土质的砂岩作用效果较差;环向注浆加固可有效遏制围岩塑性破坏的发展;三层小导管注浆在土质砂岩中加固效果突出,其加固段沉降最大值为10mm,是环向注浆加固段的28.5%;锁脚锚杆在围岩软弱段加固效果优于坚硬围岩。     

基于Hoek-Brown准则对围岩松动圈半径的推导及改进

针对服从Hoek-Brown准则的节理岩体圆形隧道,根据隧道开挖后的围岩分为破裂剧烈区、塑性软化区、弹性区的特点,推导了圆形隧道在轴对称时松动圈半径的表达式。Hoek-Brown准则中扰动参数D表征的是岩体受扰动的程度,而对其如何取值的相关研究较少。为提高所推导围岩松动圈半径表达式的精确性,采用可拓学理论,综合考虑爆破损伤、卸荷影响、岩体完整性指标Kv、围岩级别四个因素来判断岩体受扰动情况,在物元模型的理论基础上得到了扰动参数D的取值方法。最后运用新的岩体扰动参数D得出了围岩松动圈半径解析解,并在现场采用地质雷达对隧道的不同断面进行了实测,得到了不同隧道断面6组围岩松动圈的半径,将实测值与对应的计算值进行对比分析,二者相对误差约为4.5%,验证了本文理论解的正确性。     

金属矿山矿柱回采时爆破荷载下采空区的围岩稳定性

以朝不楞矿区铁锌多金属矿山工程地质为依据,采用FLAC-3D软件及超声波测试,以岩体爆破损伤理论为基础,系统研究了多次爆破作用下井下分段回采巷道掘进时,回采巷道围岩损伤累计增长规律,并对尾砂胶结物充填相邻采空区下的矿柱回采进行了三维有限元数值模拟,分析了围岩爆破累计损伤和残留矿体矿柱回采及采空区稳定性。     

2021-07期目录

在陈宗基院士关于地下硐室长期稳定性力学问题研究的基础上,采用Sadovsky院士关于复杂地质岩体的等级构造学说,围绕深部岩体非均匀构造与封闭应力固有的统计力学属性,研究了岩体非均匀变形与封闭应力特性,以及深部硐室围岩的长期稳定性等两个力学问题。给出了岩体非均匀构造与封闭应力的数学表征;根据质量守恒定律得到了计算深部硐室围岩长期变形的一般公式;得到了围岩变形中劈裂扩容变形占主要部分的结论,并且阐明了深部围岩卸荷时更易出现劈裂破坏的原因。给出了劈裂破坏形态的演进序列与扩容位移的计算方法。将围岩松动圈范围、破裂区位置和边壁位移的计算结果与锦屏一级电站厂房现有监测数据进行了对比,两者相当吻合。     

岩溶围岩分级初步探讨

岩溶隧道施工中多处遇各种形态岩溶,通常应根据开挖情况对原设计围岩级别作调整,从而提出岩溶围岩级别划分问题。对岩溶围岩级别的几个基本概念进行解释,提出以“岩溶发育程度修正系数”为核心的岩溶围岩分级模型和建议标准,以武隆隧道横洞段为例进行应用探讨。实践证明,本方法分级结果与隧道施工实际基本相符。本方法因考虑了岩溶发育的可能性及岩溶形态等综合因素,是原分级方法基础上针对岩溶围岩的修正,其分级结果比较接近施工实际,但尚需大量工程实践验证。     

地下坑道对其临界震塌爆距处钻地武器爆炸载荷的动力响应

利用非线性显式动力有限元程序,采用多物质流固耦合计算方法,就GBU-28钻地弹在地下坑道临界震塌爆距处爆炸时,对地下直墙拱坑道的动力响应进行数值模拟。根据围岩动力稳定性和混凝土动态强度判据,结合模拟结果,分析衬砌结构与围岩的相互作用。钻地弹在直墙圆拱断面的坑道临界震塌爆距处爆炸时:围岩处于临界破坏状态,但混凝土衬砌结构处于稳定状态;拱顶的应力峰值明显,且柱状装药情况下,爆炸近区的应力较集团装药情况下的大;拱肩位置出现应力集中;围岩与衬砌结构特征位置处的相互作用载荷与对应质点的振动速度相互耦合,基本成对应的关系。     

基于D-P准则的盾构隧道围岩与衬砌结构相互作用分析1）

在进行盾构隧道管片衬砌结构载荷计算时，常采用全土柱或压力拱理论计算围岩松动压力，但当盾构隧道面临深埋条件且需计入形变压力时，该方法难以适用.鉴于此，基于Drucker-Prager屈服准则，推导了考虑渗流效应影响下围岩与衬砌结构相互作用的弹塑性解析解，给出了围岩弹、塑性区应力与位移、塑性区半径等关键参数与支护阻力间关系的解析式.阐述了上述解析结果在确定衬砌结构载荷中的应用，即建立围岩与衬砌结构静力平衡状态并求二者对应曲线的交点.进一步地，考虑接头引起管片衬砌结构整体刚度降低对围岩与衬砌结构相互作用的影响，引入刚度折减系数，并在衬砌结构围岩压力确定中对施工期流固耦合效应的影响和渗流力对衬砌结构支护特性曲线的影响进行了简化处理.最后，通过算例将解析解与水下盾构隧道载荷实测值和数值计算值进行了比较.结果表明：用解析方法得到的施工期和稳定期的管片衬砌结构围岩压力比现场实测值分别大28%和12%，稳定期围岩压力比数值计算值大5%，可为类似工程的设计施工提供一定的参考价值.     

深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

为模拟深部高围压硐室结构在爆炸地冲击扰动作用下的长持时加载过程，开展了模拟装置的调试和试验工作。分析了爆炸作用下，远场扰动应力波的主参量，并采用量纲分析获得了满足相似定律的仪器参数指标。利用模拟试验装置，分析探讨了气室压力、电磁阀开启时间、活塞速度、水压以及整形材料等因素对冲击波形、正压时间、升压时间和峰值的影响规律。结果表明，整形材料的刚度越低，应力波形的正压时间及升压时间越长，峰值相对越低；活塞撞击速度越高，应力峰值越高，但是正压时间及波形无明显变化。通过控制电磁阀开闭时间和气室气体压力值，可以控制活塞撞击的速度。通过改变整形材料和活塞撞击速度，实现了正压时间在3.5～5.0 ms之间的调整、升压时间在0.9～2.5 ms之间的调整，峰值在4～8 MPa之间的调整，调整后输出的压力波形可有效模拟深部围岩中远区爆炸应力波。采用有机玻璃复合结构作为试件，验证了装置在模拟深部围岩地冲击扰动作用的可行性及可靠性。上述研究证明了装置可为室内试验提供参数可控的爆炸地冲击扰动，丰富了深部地质力学试验系统模拟爆炸扰动的研究。