爆破和降雨作用下诱发含后缘裂缝岩质边坡失稳机制研究

为了探讨爆破和降雨对边坡失稳的影响,基于边坡实际结构,提出了将滑面分为后缘张拉裂缝段、中部锁固段、下部剪切滑动段。利用断裂力学理论,分析了爆破和降雨双重工况下的裂缝起裂扩展判据。基于格里菲斯（Griffith）能量准则,推导了边坡滑动块断裂后沿底滑面的剧动距离。通过实例验证了理论计算的可行性和适用性,研究结果表明:边坡表面裂缝起裂的根本动力为降雨、爆破以及二者的共同作用;在一定外力条件下,裂缝起裂扩展存在最小临界深度;降雨和爆破共同作用时,裂缝扩展临界深度最小;中部锁固段长度为控制边坡失稳的关键因素;降雨并不能使裂缝扩展,预知裂缝深度时,可通过控制爆破药量来控制边坡失稳。     

基于尖点突变理论的小浪底库区附近采空区稳定性分析

为便于利用尖点突变理论对小浪底库区附近采空区的稳定性、失稳临界条件及失稳时能量释放机制进行计算分析,将采空区顶板、煤柱、底板看成一个系统,建立简化力学模型。在研究过程中,引入水致弱化函数,确立了尖点突变理论模型,导出了小浪底库区附近采空区在库水渗透及软化作用下失稳的充要条件表达式,并根据模型对采空区失稳时的释能机制进行了分析,研究表明:采空区失稳时能量释放只与系统本身特性相关,与外部条件作用没有关系。     

库岸公路岩石边坡极限破坏角研究

为了准确评价库岸公路岩石边坡的稳定性,合理指导工程施工,保证开挖边坡安全,考虑发生连续降雨、洪水等引起库水位抬高后,库岸公路岩石边坡滑动面处于饱水状态时的滑动面渗水压力,建立了渗压效应下岩石边坡的滑动简化模型。然后进行边坡上力的分析推导,得出边坡的坡高、坡角和极限破坏角之间的关系式,并对关系式进行求解,得出库岸公路岩石边坡极限破坏角公式。最后利用该公式对安康至陕川界高速公路沿线典型边坡计算并进行回归分析,得出沿线边坡坡高和坡角之间的关系式和极限破坏角公式。计算结果与实际相符。     

采动影响下断层滑移失稳研究

为研究采动影响下活动断层的滑移情况,以抚顺矿区老虎台矿为背景,建立了采动条件下覆岩运动的突变力学模型,确定了断层发生滑动的必要条件;运用UDEC数值模拟软件对工作面开采条件下断层活动进行分析,现场工业性试验对断层活动进行监测和验证。结果表明,断层失稳的必要条件为刚度值k≤1,刚度比随着开采深度的增加而逐渐降低;当弹性段采出厚度大于85 m时,F25断层具备了发生滑动的必要条件,易发生冲击地压。83003工作面开采后,F25断层下盘位移基本不变,上盘位移活动幅度较大,最大位移达到了5~7m;锚索测力计的应力变化与断层活动具有较大的相关性,当锚索测力计数值突变时,表明断层已经活动,锚索测力计数值突变越大,预示冲击地压和矿震能量越大。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响,以某公路隧道洞口段工程为研究背景,基于Abaqus有限元软件,建立隧道—边坡三维数值计算模型,研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响,并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大,爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著,爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速;边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置,边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点,下端点为坡面振速最危险的特征点;增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著,锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

高填路堤边坡失稳机理与处治措施分析

高填路堤稳定性已成为制约山区高速公路建设的重要因素。以某失稳高填路堤为工程背景,基于将填方路堤和原 始地基作为整体边坡考虑的基本思路,根据现场调查、勘察成果,构建典型地质剖面模型,通过极限平衡条分法,对边 坡稳定性的影响因素,如水位、岩土体重度、内聚力、摩擦角等进行敏感性分析,计算得到边坡潜在滑动面剪出口与现 场实际基本一致,并分析其失稳是在持续强降雨入渗、填方路基土强度弱化后,在填筑路堤、粉质粘土夹碎石层与基岩 交界面顺层滑动剪出;最后分析不同抗滑桩设置位置、强度、间距支护作用下边坡安全系数及潜在滑面情况,推荐在距 离坡脚5 m处设置抗滑桩且其每米间距强度应大于250 t的处治方案。     

气体钻井突发性井壁失稳动力演化机理及试验研究

从致密砂岩损伤破坏的角度出发,综合考虑致密砂岩的物理力学性质、地应力、裂缝圈闭高压等因素,在分析孔隙压力、地应力、裂缝圈闭高压在突发性井壁失稳过程中所起的作用基础上,将气体钻井突发性井壁失稳具有强烈时间效应的动态力学过程分为孕育、突变、井筒运移和终止4个阶段。对裂缝圈闭高压、地应力作用下致密砂岩的加速损伤演化引起的突发性井壁失稳机理进行了阐述,裂缝圈闭高压是突发性井壁失稳的主要动力源,地应力对突发性井壁失稳起辅助作用。通过模拟实验表明,受地应力破坏后的致密砂岩岩体在有裂缝情况下,卸压初始时刻释放的能量是无裂缝时的5~10倍,且该能量与动力学失稳密切相关。     

强降雨作用下碎石土斜坡室内模型试验研究

强降雨是碎石土滑坡的主要诱发因素。通过室内人工强降雨对碎石土边坡进行研究,在雨强为1.6 mm/min下研究了初始含水率与降雨历时相同时不同斜坡坡度(缓坡22°和陡坡31°)下模型边坡的变形特征和雨水入渗特征。结果表明:随降雨历时增加,坡体沉降值及坡体内部水平位移不断增加,其中在坡腰0.5 m处和坡脚处最大累积水平位移分别为1.99 mm、1.82 mm(缓坡),0.42 mm、0.29 mm(陡坡);降雨过程中,坡体入渗过程是自上而下发展变化的,降雨结束时坡脚雨水入渗深度最大,坡顶次之,坡腰最小,且在缓坡坡顶和坡腰处雨水入渗深度比陡坡大;在同一雨强下,降雨结束后缓坡最终沉降值比陡坡大,且在坡脚处沉降值最大。以上结果有利于对降雨入渗诱发碎石土滑坡的失稳机理和变形机制的进一步研究。     

露天矿边坡岩体裂隙测量与卸荷破坏的数值模拟研究*

为探究露天矿不同高度边坡卸荷破坏模式的异同,以辽宁鞍山大孤山铁矿某岩质边坡为背景,利用边坡岩体内优势裂隙组产状、迹长和密度等随机分布参数,构建与边坡结构面具有相似分布规律的二维网络模型,借助PFC数值计算软件,探讨不同开采水平下坡体位移场和裂隙发展的时空演化规律以及边坡的破坏模式。研究结果表明:在边坡开挖过程中,出现的裂隙以张拉裂隙为主;裂隙主要出现在靠近坡面一定范围内,从坡面向里,裂隙数量减小,裂隙初始出现在坡脚区域,而后向坡顶发展;边坡开挖后,水平位移由负变为正,且突然增大,而后呈现阶跃型增长;边坡水平和竖向位移最大值发生在坡脚区域和靠近坡面位置,远离坡面,位移逐渐减小。     

机械施工荷载作用下采空区顶板稳定性研究

为保证采空区上方作业人员和采掘设备安全,采用力学分析方法,将浅埋采空区顶板概化为固支梁力学结构模型,建立地面机械施工荷载-采空区顶板系统总势能方程。基于突变理论,构建采空区顶板失稳的尖点突变模型,获得采空区顶板突变失稳判据,建立采空区顶板保持稳定情况下机械施工荷载计算模型,并进行实例验证。结果表明:采空区顶板岩梁所受侧向水平推力越大,岩梁弹性模量越小,采空区跨距越大,采空区顶板越容易发生突变失稳,其失稳的必要条件取决于顶板内部特性,与外部作用无关;地面施工荷载作用下采空区顶板失稳的充要条件取决于顶板内部特性和外部作用。     

饱水作用对锁固型岩体变形特性影响研究

为了研究饱水作用对锁固型岩体力学性质和变形特性的影响,对干燥与饱水状态下的岩体进行单轴压缩试验,利用数字图像相关方法对岩体加载过程进行非接触式实时变形监测。研究结果表明：饱水作用弱化了岩体的单轴抗压强度和弹性模量;应变场演化特征表明饱水作用增大试件的变形量,但未改变试件的裂纹扩展路径和最终破坏模式;岩桥锁固段剪切裂纹起裂和峰值应力时伴随着应变场分异速率突增,可作为锁固型岩体滑动和失稳破坏的前兆信号,饱水作用对应变场分异速率峰值有削弱作用;通过计算预制裂隙两侧的错动位移,定量揭示岩体失稳过程中岩桥的“锁固效应”。研究结果可为涉水环境下锁固型岩体的稳定性问题和灾变监测提供参考。     

考虑非均匀地基原水管道受力特征模型试验研究

为了解决上海市长江引水三期非均匀地基区间管道爆管问题,采用缩尺试验研究非均匀地基条件下原水管道受力变形特征,针对非均匀地基的密实度和长度进行逐级划分,并设计不同的试验工况研究管道的受力特征。结果表明:管道下方非均匀地基的密实度对管道所受应力有较大影响,即密实度越高,应力值越低,管底处的应力受密实度和非均匀地基长度的影响最大。非均匀地基区域边缘处截面应力与管道中央截面应力相比,非均匀地基长度为1D时,截面Ⅰ上测点的应力值与截面Ⅱ的应力值大小相近,而在1.5D和2D长度条件下,呈现出截面Ⅰ的应力值高于截面Ⅱ的规律。研究成果对非均匀地基区域的原水管道运营维护具有重要的指导作用。     

淹没条件对连续射流破碎含瓦斯煤效率影响研究

为研究淹没条件对射流破煤效率的削弱程度,基于ALE算法,借助Ansys/Ls dyna模拟软件,建立围压状态下非淹没及淹没射流破碎含瓦斯煤体流固耦合模型,通过动态追踪破碎坑体单元失效演化过程及内部应力分布等瞬时信息,探讨2种射流状态下破煤成坑过程及破煤效率的差异。研究结果表明:淹没射流与非淹没射流两者破煤坑体形态差异显著,非淹没射流条件下射流破煤坑体断面较窄,深度较深,破煤效率前后阶段差别不大;淹没射流条件下射流破煤坑体断面较宽,深度较浅,在初始阶段形成漏斗状的破碎坑体,而后逐渐向下延伸,在0～100 μs内破煤效率最高;相同工况、同一时间内,淹没射流平均破煤深度是非淹没射流平均破煤深度的41.46%。研究结果可为水射流技术的现场应用提供参考依据。     

水力压裂诱发断层活化失稳概率分析

为评估非常规油气开采过程水力压裂诱发断层活化失稳风险,基于新库仑稳定函数,通过编程求解诱震概率,分析不同诱因下断层稳定性和失稳风险。结果表明:孔隙弹性剪应力、孔隙压力和差异压实共同作用,是断层活化失稳重要诱因。当孔隙弹性剪应力介于6~10 MPa时,断层失稳概率高达68.9%,其增幅率越大,诱发远区断层失稳风险越高。孔隙压力增量超过3 MPa,对于定向不良断层极为不利;断层倾角和落差越大,差异压实作用越显著。     

基于尖点突变模型的采场顶板-矿柱稳定性分析

采场破坏失稳是一个不连续的非线性过程。为分析矿山采场的稳定性,在建立采场顶板-矿柱的简化力学模型的基础上,结合安徽某充填采矿法矿山的采场结构参数,运用尖点突变理论分析采场突变过程中的能量释放机理,构建采场破坏失稳的尖点突变模型,推导得出系统失稳的充要力学条件。结果表明:采场中矿柱的应变软化特性和刚度比是导致系统失稳的主要因素,而矿柱的突跳量仅与系统的内在特性有关。结合矿山实例,从必要条件和充分条件2个方面对采场进行稳定性分析,表明尖点突变理论合理可行。验证了采区设置盘区矿柱等安全措施的必要性。     

尾矿坝边坡失稳判据研究

为避免尾矿库失稳破坏所带来的巨大损失和灾难,依据尾矿坝边坡破坏特征,将坝体边坡的破坏全过程分为连续的变形阶段和非连续的滑动阶段。建立相应的数学模型,采用蠕变理论及李雅普诺夫函数法分析尾矿坝边坡变形、滑动过程的稳定性,提出尾矿坝边坡失稳的加速度判据,得出滑动过程位移解析解。运用FLAC3D对山西某尾矿坝边坡进行计算,得到安全系数为1.67,边坡稳定;通过坝体边坡表面某点位移监测曲线可以看出ü<0,采用加速度判据可得此边坡稳定,与数值模拟结论相同。     

基于TruckSim的大型货物运输车辆安全运行纵坡最大长度研究*

为研究适用于典型大型货物运输车辆的道路纵坡及最大坡长参数,构建大型货物运输车辆动力学仿真模型,并考虑车辆冲坡行为及公路线形设计习惯,建立包含直线提速蓄能路段、以最小长度控制的竖曲线路段以及不同坡度纵坡路段组成的试验道路,对比分析设计速度120 km/h、纵坡坡度1.0%~3.0%,设计速度100 km/h、纵坡坡度1.0%~4.0%以及设计速度80 km/h、纵坡坡度1.0%~5.0%3种不同道路条件下,大型货物运输车辆在试验路段的运行速度变化规律。依据速度一致性原则,以大型货物运输车辆的运行速度衰减度作为控制指标,得到各设计速度道路不同纵坡路段对应的最大纵坡长度。结果表明:在保证纵坡路段满足最小长度要求的条件下,通过减小纵坡路段长度,增大竖曲线长度,可提高大型货物运输车辆纵坡路段通过性。