填埋场垃圾体的安全稳定性分析

卫生填埋场是一种安全经济、行之有效的固体废弃物最终处置方案。笔者总结分析了固体废弃物填埋场边坡不稳定问题以及其稳定破坏的类型和破坏机理,影响填埋场垃圾体稳定性的因素等,研究表明固体废弃物的强度指标、填埋体中淋滤液的饱和度、边坡角度和浸润线的埋深,以及填埋年代等因素都会影响填埋场垃圾体的稳定性。在此基础上,指出了目前填埋场垃圾体稳定问题研究的不足,提出了相关建议。     

露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式研究

边坡稳定性问题随露天矿开采的进行不断突出,而边坡软弱岩层严重影响边坡稳定性。大量工程实例显示,露天矿含软弱岩层组的高陡复杂边坡失稳模式通常为“坐落-滑移式”破坏。为明晰露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式的破坏机理,以某露天矿为例,提出一种针对露天矿含软弱岩层组高陡复杂边坡的综合分析方法。研究结果表明：采用工程地质分析、传统极限平衡方法和数值模拟分析相结合的综合分析方法,针对该类型复杂边坡可发挥不同分析方法的优势,较全面地从地质自然环境条件、定性定量方面、应力应变角度分析边坡破坏机理及模式,总结归纳出含软弱层组露天矿高陡复杂边坡“坐落-滑移式”破坏的“坐落-滑移-剪出”三段式破坏特征,为其他类似复杂边坡稳定性的分析和防治提供思路和手段。     

不同冷却方式下高温后圆钢管再生混凝土界面黏结性能对比分析

为研究自然冷却(自冷)和喷水冷却(水冷)两种方式对高温后圆钢管再生混凝土界面黏结性能的影响差异,以冷却方式、历经最高温度(T)和再生粗骨料取代率(r)为变化参数,设计并完成了21个试件的静力推出试验,观察了试件的破坏过程及形态,获得了荷载-滑移曲线,对比分析了不同冷却方式对高温后圆钢管再生混凝土短柱物理特征、界面破坏过程及黏结性能指标的影响。结果表明:与自冷试件相比,水冷试件的质量烧失率明显减小、初始滑移发生更晚,且在荷载-滑移曲线下降段中,水冷试件表现得更平缓。在自冷方式下,随着历经最高温度的增大,试件的界面黏结强度先减小后增大,但在水冷方式下,界面黏结强度先增大后减小;与自冷试件相比,T超过400 ℃后水冷试件的界面黏结刚度开始退化,在600 ℃时界面黏结刚度退化较大;无论是自冷还是水冷,随着历经最高温度的增大,界面黏结耗能系数不断减小。     

基于岩体扰动参数的边坡结构优化

为了研究岩体扰动参数对边坡稳定性的影响,根据某露天边坡岩体物理性质及坡体钻孔勘探结果,分析了边坡体各岩组在不同扰动参数下的强度弱化过程;考虑由扰动产生的节理裂隙对边坡稳定性的影响,通过Phase^2软件对仿真计算模型进行了不同扰动程度的区域划分;同时提出了一种用于直观表征露天整天边坡稳定性的安全系数“玫瑰花”图。结果表明:各边帮受节理切割和爆破扰动的影响,稳定性差异较大,部分边帮安全储备充足,仍存在优化空间;节理裂隙几何位置对边坡失稳滑移面具有控制作用,对于近乎顺层岩质边坡,其破坏主要沿节理面剪切滑移;对于具有浅埋倾覆节理面边坡,由于岩体强度较高易发生倾倒破坏,所绘制的边坡安全系数“玫瑰花”图可直观表征露天边坡整体稳定性,考虑局部扰动影响对边坡稳定性分析进行精细化表征,为矿山边坡角度的进一步优化提供了一定的参考指标。     

露井联采逆倾边坡稳定性数值模拟

为最大限度回收资源,倾斜矿体开发时常采用露天与井工联合开采方式,形成露井联采逆倾边坡,由于受到双重采动效应影响,其变形破坏机理及稳定性问题变得极为复杂,是采矿工程领域研究的难题之一。以平庄西露天矿顶帮边坡为研究对象,同时考虑拉伸和剪切两种破坏判据,应用RFPA强度折减法对露井联采逆倾边坡岩移规律及稳定性进行了数值模拟。通过对比分析单一露天开采和露井联采条件下边坡岩体变形破坏规律、位移演化规律及应力分布特征的差异,揭示了地下开采对露天矿逆倾边坡岩移规律及稳定性的影响和原因。结果表明:单一露天开采时边坡发生滑移型破坏,而露井联采条件下边坡发生滑移-塌陷复合型破坏;受两种采动效应叠加的影响,地下采空区上方岩体以下沉为主,同时上山一侧岩体向露天采空区方向发生明显位移;受地下采动影响时,逆倾边坡稳定性下降,其根本原因是坡体内剪应力的大范围叠加升高,造成上部一定范围的岩体在边坡发生滑移前就遭到破坏,从而加剧了滑坡的发展。     

深基坑桩锚支护结构土层预应力锚索工作性能测试分析

对某深基坑桩锚支护结构土层预应力锚索进行了检测与监测,同时进行了支护结构顶部水平位移的监测.检测结果表明,土层预应力锚索的主要失效模式是注浆体与土层接触面发生剪切破坏,其破坏形式是渐进缓变型;受拔时锚-土界面位移占锚头累计位移的80%～90%,其抗拔承载能力与锚索的二次注浆工艺密切相关.监测成果表明,二次张拉能显著减少预应力损失,同时土层预应力锚索对桩锚支护结构的顶部变形起到了有效的控制作用;锚索锁定后.后续工况引起的顶部变形增加量较小时,不会对锚索锁定荷载产生较大影响.     

砂土地层倾斜地表直筒型塌陷机制研究

为探究偏压对土洞发育的影响机制，在极限平衡法和合理拱轴线的基础上，推导了砂土地层偏压地形下直筒型塌陷覆盖层临界厚度计算公式。通过开展以坡面倾角为主变量、结合填土高度和含水率变化的单因素试验，来论证公式的合理性以及揭示不同因素对倾斜地表下塌陷覆盖层临界厚度的影响机制。结果表明：偏压地形下砂土地层直筒型塌陷的覆盖层临界厚度与土体性质、坡度等参数有关；随坡度增大，覆盖层临界厚度减小，地表塌陷历时缩短；覆盖层临界厚度随含水率增大而减小；土体性质对砂性土覆盖层临界厚度的影响大于坡度等外部因素的影响。该研究成果可为解决平面应变条件下的砂土地层地形偏压工程问题提供试验依据。     

露天矿土-岩复合边坡形态优化设计

合理设计采场及排土场边坡角是优化露天开采境界、保证露天矿安全生产、提高露天矿经济效益的重要前提。针对土-岩复合边坡这一类复杂特殊的边坡,以宝日希勒露天煤矿二采区西帮边坡为工程背景,应用刚体极限平衡软件定量分析了二采区西帮采场边坡及内排土场边坡的潜在滑坡模式;优化设计了二采区西帮1-2煤底板以上内排边坡形态及1-2煤至3煤之间采场边坡形态;确定了二采区西帮采场与排土场之间的安全距离。采用有限差分数值模拟软件FLAC~(3D),基于强度折减理论,对土-岩复合边坡稳定性进行了数值模拟,揭示了二采区西帮土-岩复合边坡的变形破坏机理及其稳定性。结果表明:宝日希勒露天煤矿二采区西帮土-岩复合边坡滑移模式及稳定性主要受采场与排土场之间的安全距离和3煤顶底板弱层控制;边坡形态优化后1-2煤底板以上内排边坡角为12°,1-2煤至3煤之间采场边坡角为22°,采场与排土场之间的安全距离为120 m,土-岩复合边坡整体边坡角为13°。     

含矸煤层煤壁稳定性夹矸厚度效应研究

为了解夹矸厚度对含矸煤层煤壁稳定性的影响，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，推导出夹矸层剪切破坏力学模型，进而建立含矸煤层煤壁稳定性数值模型，分析不同夹矸厚度下的煤壁前方水平位移、垂直应力的空间分布特征。结果表明：煤壁前方产生失稳影响区主要位于夹矸层周围，形成以夹矸层为中心的凸出区域；夹矸厚度较小时，夹矸层呈现出多块体联合破坏形态，而夹矸厚度较大时，夹矸层出现单块体逐个破断现象；力学分析得知：夹矸层破坏面发生剪切破坏的危险系数随着夹矸厚度的增大而逐渐减小，数值模拟结果与理论分析一致。     

补强管道复合材料的渐进失效分析

复合材料缠绕补强是一种有效的管道缺陷修复技术,复合材料渐进失效对承载能力的影响有待研究。管道缺陷的局部效应和剩余强度,导致其渐进失效历程与复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV)截然不同。采用复合材料补强的缺陷管件进行极限承载试验。通过对比试验极限压力与有限元模拟的渐进失效的破坏压力,验证有限元模型的正确性。有限元模拟结果表明,复合材料缠绕层发生以纤维破坏为特征的破坏模式。复合材料的渐进失效分为稳定缓慢失效和急剧加速失效两个阶段。对比COPV的瞬间大面积失效特征,分析了缓慢失效和急剧加速失效现象产生的原因,提出了实用的补强管道"临界压力"确定方法,为复合材料补强管道的设计提供参考。     

城市生活垃圾变形特性影响因素的试验研究

为了进一步研究城市生活垃圾(MSW)的长期变形特性,探讨初始孔隙比、易降解有机物质量分数和降解条件对其变形特性的影响,采用自主研制的压缩～降解仪,进行了多种工况下MSW的蠕变变形试验.结果表明,荷载水平较低时,初始孔隙比越小,孔隙比随竖向荷载减小的速率越快;当密实到一定程度时,孔隙比随荷载的增加有趋于稳定的趋势.易降解有机物质量分数越大,MSW的压缩模量越小,变形量越大.在竖向应力较小时,降解条件对MSW的变形特性影响不大;当竖向应力较大时,降解条件对MSW的变形特性有显著的影响.MSW的变形是应力与降解耦合作用的结果,降解引起的变形要靠应力作用才能实现,同时降解对MSW试样的压缩模量有较大的影响,并且影响MSW的应力状态.因此,初始孔隙比、降解条件和易降解有机物质量分数不但对MSW的最终变形量有较大的影响,同时对MSW沉降变形过程也有显著的影响.     

碳化砂浆轴向冲击动态力学特性与破碎形态分析

为保证长期使用砂浆在动载作用下的安全性，采用非金属超声波检测仪测量不同碳化龄期试件的纵波波速，引入碳化增强因子η表征碳化深度大小，并利用直径50 mm变截面分离式Hopkinson 压杆试验装置开展不同碳化龄期砂浆冲击动态压缩试验，研究碳化后砂浆的动态力学特性与破碎形态，分析砂浆动态应力—应变曲线、峰值应力和破碎形态随碳化龄期变化规律。结果表明:随着碳化龄期的增长，试件波速呈增大趋势，碳化增强因子η增大，碳化深度增加；碳化龄期相同时，砂浆的动态峰值应力、峰值应变都随着冲击气压的增大而增大；冲击气压相同时，砂浆的动态峰值应力随着碳化龄期的增长而增加；试件的破坏形态主要呈现为压碎破坏与劈裂拉伸。     

冻融循环下路基改良土力学特性及破坏应变能密度研究

为了探究冻融循环条件下水泥改良路基土的力学特性变化,设计正交试验方案进行相应冻融循环条件下的三轴压缩试验,得到强度影响因素的敏感性排序,找到最佳试样配合比,并引入破坏应变能密度的概念,从能量角度对宏观力学变化规律进行了探究.结果表明:不同试验条件下,水泥改良土经历1次冻融循环作用后强度降低明显,初始黏聚力最大降低49.4％;水泥改良土强度影响因素中龄期及压实度的敏感性较强;水泥改良土在不同围压下经历1次冻融循环,破坏应变能密度分别降低41.12％、38.84％、34.73％、37.80％;分析发现破坏应变能密度和宏观强度与冻融循环次数呈负相关,与围压呈正相关.     

露天矿含斜交断层顺倾层状边坡稳定性三维数值模拟

为揭示露天矿含斜交断层顺倾层状边坡的变形破坏规律及其力学成因机制、明确断层对边坡变形与稳定性的影响,以元宝山露天煤矿东帮边坡为工程背景,应用有限差分软件FLAC3D,基于强度折减理论,对含斜交断层顺倾层状边坡稳定性进行了三维数值模拟。结果表明:元宝山露天矿东帮边坡的滑坡模式为以4#弱层为底界面、以断层面与椭球面相交形成的不规则曲面为侧界面的切层-顺层滑动;边坡整体稳定性较好,其滑坡的力学成因机制类型为推动式;多个顺倾弱层对边坡变形具有叠加效应,而斜交断层的切割会一定程度上削弱弱层对边坡变形的控制作用。     

露天矿含断层逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性研究

作为一种典型的露天矿边坡,含断层逆倾软岩边坡变形破坏机理及稳定性问题尤为复杂。以胜利西二露天矿西帮边坡为工程背景,基于强度折减原理,应用有限差分软件FLAC3D模拟分析了Fx1断层位置、倾角及弱层逆倾角度不断变化时西帮软岩边坡的滑移模式及稳定性变化规律,阐明了边坡变形破坏机理。结果表明:逆倾软岩边坡滑坡力学机理受断层位置影响较大,当断层逐渐向边坡外侧偏移时其滑坡的力学成因由推动式滑坡逐渐过渡为牵引式滑坡,边坡稳定性逐渐提高;当断层倾角增大到某一值时,断层对逆倾软岩边坡滑移模式及稳定性影响消失;弱层倾角对滑面位置影响较大,边坡稳定性随弱层倾角减小逐渐降低;该矿西帮边坡稳定性主要受弱层控制,Fx1断层次之;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离大于221 m时,边坡稳定性及滑坡模式不再受Fx1断层的控制;当Fx1断层露头距边坡坡脚水平距离小于201 m时,边坡稳定性逐渐提高,潜在滑坡模式由剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动过渡为剪切圆弧-断层-剪切圆弧-弱层相结合的组合滑动。     

粉尘云浓度对HDPE粉尘云最低着火温度的影响

为准确评价高密度聚乙烯（HDPE）粉尘爆炸敏感性和开展有效的粉尘防爆工作,采用Godbert-Greenwald恒温炉标准实验装置研究了典型HDPE粉尘云最低着火温度的分布特性,着重探讨了粉尘云浓度对不同喷尘压力条件下HDPE粉尘云最低着火温度的影响规律。研究表明:测试条件下HDPE粉尘云最低着火温度的变化处于360~445 ℃范围,随粉尘云浓度的增加呈现先降低后升高的总体趋势,粉尘云浓度为1.111 kg/m3时出现拐点,且粉尘云最低着火温度随喷尘压力的增加而降低。     

模拟煤层钻进过程中钻孔稳定性试验研究

钻孔钻进过程的实验室模拟及失稳现象捕捉,是钻孔失稳破坏机制研究的关键环节。通过构建模拟煤层钻进过程中钻孔失稳监测系统及方法,探讨了轴压、吸附平衡压力、气体种类及煤的变质程度对钻孔稳定性的影响规律,得出不同试验条件下的孔周煤体应力变化及孔壁、孔底破坏特征。研究结果表明:随轴压及吸附平衡压力的增大,孔周煤体峰值应力最大值逐渐增大,孔壁变形及孔底破坏趋于严重,甚至发生喷孔;与N2相比,当煤样吸附CO2时,孔周煤体峰值应力最大值较大,孔壁变形及孔底破坏也较为严重;随煤的变质程度的加大,孔周煤体峰值应力最大值及卸压范围呈先增大后减小的趋势,试验所用焦煤应力集中现象及孔壁、孔底破坏程度最为严重。     

黏性土剪切蠕变特性研究进展

黏性土是研究剪切蠕变最常见的土体类型,也是滑坡中普遍存在的土体类型。黏性土剪切蠕变破坏诱发了大量自然或工程边坡失稳,造成不可预估的人员伤亡和经济损失,所以开展黏性土剪切蠕变特性研究具有科学的理论意义和实际的工程效益。在收集整理国内外相关资料的基础上,从试验方法、蠕变特性、力学强度特征以及蠕变本构模型等方面总结了目前黏性土剪切蠕变特征的研究现状及进展,取得如下主要认识:(1)由于复杂的室外条件,黏性土剪切蠕变研究方法主要采用室内环剪试验、三轴压缩试验以及直剪蠕变试验;(2)黏性土的蠕变过程呈现多阶段变化特点,即瞬时变形阶段、衰减阶段、稳态阶段以及加速蠕变破坏阶段,期间伴随着衰减蠕变与非衰减蠕变的变形特征;(3)影响坡体稳定性的强度特征指标主要包括:峰值强度、残余强度、启动强度、完全软化强度以及长期强度,其量值受水化作用、土体的矿物成分和粘粒含量、土体结构的内部连结特征、土体的粒度分布特征以及塑性指数等共同影响;(4)常用蠕变模型有经验模型和元件模型,分别包括Mesri、Singh-Mitchell和Maxwell、Kelvin以及Burgers,建立合适的蠕变本构模型能准确地描述土体的变形特征;(5)基于剪切蠕变性质的研究成果,今后的研究方向集中于以下几个方面:微观模型的研究;新技术和研究方法的应用和改进;建立可描述加速蠕变阶段的元件模型。     

动力扰动作用下充填体的力学响应研究

稳定的充填体是二步骤矿房回采的安全保障。在采矿动力作用下实现充填体的稳定性预测,是二步开采的安全控制关键。为了研究不同扰动幅值下充填体的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用Midas/GTS与FLAC3D数值模拟技术,建立了充填体动力稳定性分析的三维数值模型并进行了数值模拟分析。研究结果表明:动力扰动作用下,充填体暴露面的破坏区域由四周逐渐向中心扩展,并随着动力扰动幅值的增加,充填体暴露面破坏区域逐渐增大直至贯通破坏;充填体暴露面质点峰值振动速度随着动力扰动峰值的增加而增加,并得出了适用于该矿充填体暴露面振动峰值速度与动力扰动幅值之间的函数关系。距动力加载面越远,充填体内部质点峰值振动速度越小,且距动力加载面0~12 m处,质点峰值振动速度衰减较慢,从12~20 m质点峰值振动速度下降趋势最为明显。     

埋深对城市地下管道爆炸的影响规律

在特定情况下,城市地下空间废弃管道中会因为油气的泄露等因素形成爆炸环境,利用AUTODYN建立合适的数值模拟模型,围绕管道内部爆炸后对覆盖层的毁伤效应和对地表面空气超压影响展开研究,给埋地管道内部爆炸模拟提供了新的思路。运用建立的模型对不同埋深管道上方覆盖层在爆炸荷载作用下的破坏过程、毁伤规律以及空气中爆炸冲击波的衰减规律进行研究,为建立全面的城市地下管道风险评估指标体系和确定安全防护规范提供了参考。研究结果表明:对于不同埋深管道爆炸,管道上层覆土层的厚度对爆炸后管壁产生的压力影响不大;随着埋深的增加,在空气中形成的伤害破坏范围变小,空气超压衰减符合空气中爆炸后冲击波的衰减规律,埋深每增加0.1m,其空气超压减小4.5%~5.1%左右。