巨厚松散层土体压缩特性对开采沉陷影响研究

为研究巨厚松散层土体压缩特性及其对开采沉陷的影响,对焦作矿区地表粘性土进行三轴压缩试验,基于试验结果对巨厚松散层下某工作面开采沉陷进行数值模拟,并分析巨厚松散层下开采地表沉陷机制。结果表明:松散层土体存在压缩现象,且随松散层厚度的增加土体压缩量增大,进而引起地表下沉值增大;土体自身压缩特性是使巨厚松散层下开采地表下沉偏大的主要因素。     

毛细驱动诱发的尾矿强度劣化演化规律及机制

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明：尾矿黏聚力随粒径减小逐渐增大,内摩擦角随粒径减小逐渐减小,二者共同作用影响其抗剪强度;随含水率的增大,尾矿强度逐渐下降;浸润线以上毛细饱和带中尾矿含水率与浸润线以下尾矿含水率相等;基于以上研究结果,引入毛细饱和带概念,提出了基于毛细作用影响的尾矿坝真实浸润线的概念与计算方法,修正了浸润线高度计算公式。     

基于正交试验砂土地层基坑稳定性参数敏感性分析

为提高砂土地层中基坑开挖工程参数设计的合理性,确保基坑开挖的稳定和安全,采用正交试验方法研究在砂土层中基坑深度、地下水位、围护结构插入比、土体加固系数、钢支撑数量和支挡强度共同作用下对支挡水平位移、地表沉降值和坑底隆起值等基坑稳定性指标的影响,通过对试验结果的分析确定各因素对指标影响大小的排序,由进一步方差和参数敏感性...     

压实度和含水率对铁尾矿抗剪强度影响的试验分析

以阜新同乃铁矿排放的铁尾矿为研究对象,经试验得出其级配不良,属于含砂低液限粉土.通过室内试验分析了不同含水率和压实度条件下铁尾矿的抗剪强度.结果表明,铁尾矿的抗剪强度与其含水率和压实度之间有很大的相关性.相同压实度条件下,黏聚力随含水率升高呈先增大后减小的规律,存在特征含水率,在特征含水率条件下黏聚力达到最大值.黏聚力与含水率可近似拟合为二次函数.土颗粒间的水膜联结和胶结作用对黏聚力的产生具有重要作用,黏聚力因含水率的不同而变化较大.试验得出含水率变化对铁尾矿内摩擦角的影响较小,这是因为砂土的内摩擦角与砂土的颗粒结构、大小及密实程度密切相关,而铁尾矿中的粗粒含量较高,含水率变化不会引起其颗粒结构、大小及密实程度的显著变化.在相同含水率条件下,铁尾矿的黏聚力和内摩擦角均随压实度增大而呈近似线性增大.不同含水率和压实度条件下,铁尾矿的黏聚力均不大,铁尾矿的抗剪强度主要依靠内摩擦角的贡献.考虑铁尾矿材料的抗剪强度因压实度和含水率不同而变化,可使尾矿库稳定性分析结果更符合实际情况.     

井下采煤影响矿区坡面形态及侵蚀的数值模拟分析

针对井下采煤产生的大范围岩移必然最终改变原有地表形态并影响坡面侵蚀特征及规律这一特殊性,从井下与地表相结合的新视角,结合彬长矿区水土流失特征和典型煤矿采矿条件,以采厚、地表坡面坡度等因素为变量,构建了20个不同类型的数值模型,通过数值模拟方法研究并揭示井下采煤对地表坡面形态及侵蚀的影响规律。结果表明,第一,地表坡面坡度会随采厚增加而呈现增大的趋势,且自然坡度越大,坡度变化量越大;相同采厚条件下,坡度增大率与坡面自然坡度整体上呈负相关。第二,地表坡面坡长会随采厚增加而呈现减小的趋势,且自然坡度越小,坡长变化量越大;随采厚增加,地表坡面坡长减小率与自然坡度呈先正相关后负相关的关系,自然坡度为26.57°是拐点。第三,采厚的增加会提高地表坡面产流产沙的强度,加剧坡面侵蚀,这种效应在坡度较小的坡面更加显著;井下采煤引起地表坡面坡度的增大是产生这一规律的主因。     

尾矿坝管涌的试验研究

管涌会给尾矿坝的的安全带来很大威胁,因此进行管涌的现场试验和室内砂槽模型试验,观察并分析了管涌发生、发展并导致溃坝的机理和过程。管涌的发生与最大有效粒径、饱和容重、渗透系数、下游滤层倾角、地层中土的组成成分、土的级配、水力梯度、土的结构、表面覆盖层土体的内摩擦角、黏滞系数、覆盖层厚度、黏聚力、土的饱和度等因素有关,是一个多元非线性的复杂问题。     

开挖扰动及降雨入渗影响的地表沉降特征研究

为研究施工扰动和强降雨浸透影响下的地层变形演化特征,采用通用离散元程序(UDEC),开展不同降雨强度及不同开挖深度组合下地表沉降特征的模拟研究,探索开挖过程中的地表孔隙水压力及位移场分布规律。结果表明:随着开挖深度的增加,孔隙水压力逐渐减小,而土层的沉降量明显增加,且两者均受监测点与开挖位置之间距离的影响;降雨条件下土层的沉降量易受开挖工况的影响,靠近土体上层的土质(如杂填土及碎石填土,黏性土和砂土等)在开挖后产生的沉降量变化相似,下层的土体(如构造破碎带)相对发生沉降量较小;此外,上层土体的性能松散,透水性较好,具有较大的变形特性,所以,降雨入渗会增加上层土体的沉降量。     

盾构隧道动态施工诱发地面沉降试验研究

为准确预测盾构隧道动态开挖引起的地层变位,采用自行研制的室内模型试验装置对不同地层损失率条件下砂土中盾构隧道动态开挖进行室内模型试验。研究结果表明:不同地层损失率条件下,盾构开挖面超越监测断面将引起天然砂土地面沉降陡增,其增幅随地层损失率增大而增大;当开挖面超出监测断面约2倍隧道直径时,砂土地面沉降随盾构推进趋于稳定,且稳定砂土地面沉降槽宽度随地层损失率增大而减小。     

火前锋附壁的模拟实验研究

设计了可变坡度燃烧实验台,利用气体燃烧器模拟沟槽地形火蔓延中的火前锋。以丙烷为燃料,主要开展了不同坡度和高宽比(挡板高度与燃烧器宽度之比)条件下的气体燃烧实验。结果表明,坡度是影响火焰附壁的关键因素,挡板的存在限制了侧向卷吸从而加快火焰倾斜甚至附着。上坡火前锋存在一个发生火焰部分附着的临界坡度,该临界坡度不随挡板高宽比的变化而改变,该文的临界坡度为10°~15°。随坡度继续升高,高于另一临界坡度时,火焰完全附着在实验台面上,形成薄片状结构,发生火焰完全附着。附着火焰表现出明显的脉动性,随坡度的增大而增强,挡板的存在明显加剧了火焰脉动,而高宽比的变化对火焰脉动特性无显著影响。     

突变级数法在采空区塌陷预测中的应用

基于突变级数理论,分析影响采空区稳定性的因素(包括采空区体积率、距地表的垂深、地质构造复杂程度、煤层倾角、覆盖层厚度、覆盖层类型等),研究采空区塌陷的预测方法.对各影响因素进行排序并确定各因素指标体系,得到各样本的突变级数,从而对采空区稳定性进行预测.实例验证表明,突变级数法的判断结果符合实际,与神经网络分级法的判断结果一致.可见,基于突变级数理论的采空区塌陷预测方法具有科学性和有效性.     

CO_2驱替CH_4置换效率测试与分析

为研究多因素耦合对CO_2驱替CH_4置换效率的影响,选取潞安集团常村煤矿煤样,利用自主研发物理模拟试验平台测定置换效率,并采用Design Expert软件设计Box-Behnken试验,构建置换效率在三因素、三水平条件下的二次回归响应曲面模型,分析了煤体含水率、注气压强及注入温度三因素耦合对置换效率的影响。结果表明:置换效率随注气压强和注入温度增大而增大,随含水率增大而减小;对置换效率影响程度为含水率注气压强注入温度;二次项影响程度为注气压强和注入温度注入温度和含水率注气压强和含水率,且注气压强和注入温度间存在交互作用,注气压强和含水率、注入温度和含水率之间无交互作用。     

基于响应曲面法的松散煤体导热系数测试与分析

为研究松散煤体导热系数随其影响因素的变化规律,基于平行热线法和交叉热线法,通过自制的试验装置测得不同粒径、温度和含水率下松散煤体的导热系数,并拟合导热系数与温度、含水率的变化曲线;引入二次响应曲面法,对粒径、温度和含水率做Box-Behnken试验设计,得出影响因素的重要度排序。结果表明:借助试验装置进行试验,能够准确测算松散煤体导热系数,测量误差在3. 0%以内,并能同时得到热扩散率与比热容;松散煤体导热系数随粒径的增大而减小,随温度的升高而降低,随含水率的增大而增大;三因素对导热系数一次项重要度排序为含水率粒径温度,二次项重要度排序为粒径和温度粒径和含水率含水率和温度,且粒径和温度间存在交互作用,其余无交互作用。     

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明：随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。     

低围压下含瓦斯煤三轴压缩变形时的能量变化规律

为探究煤体在受压过程中的能量特征及临界破坏点能量变化规律，基于常规三轴压缩下含瓦斯煤的应力-应变曲线，分析含瓦斯煤破坏过程中弹性应变能和耗散能随应变变化的规律，据此给出含瓦斯煤在不同围压、含水率下变形破坏时的能量解释。研究结果表明：有效能比在同一围压下随着含水率的增大先增加后减小，表明含水率的增大会降低煤样强度。建立围压和含水率对含瓦斯煤三轴压缩变形过程中临界破坏点总能量耦合关系的多元线性回归方程，取得了较好的拟合度。     

火前锋附壁的模拟实验研究

设计了可变坡度燃烧实验台,利用气体燃烧器模拟沟槽地形火蔓延中的火前锋.以丙烷为燃料,主要开展了不同坡度和高宽比(挡板高度与燃烧器宽度之比)条件下的气体燃烧实验.结果表明,坡度是影响火焰附壁的关键因素,挡板的存在限制了侧向卷吸从而加快火焰倾斜甚至附着.上坡火前锋存在一个发生火焰部分附着的临界坡度,该临界坡度不随挡板高宽比...     

某铀尾矿库坝体渗透破坏力学因素分析及试验探究

由于铀尾矿库坝体尾矿砂的碎散性和多相性,渗流作用下相互接触的土颗粒组成的"土骨架"出现的变形或破坏一直受到高度重视,但对其渗透破坏的影响参数试验研究较少。铀尾矿坝体的粗粒土粒径级配不均匀系数、含水率不同的抗剪强度等是影响临界水力坡降的主要因素。在试验的基础上,通过分析得出铀尾矿砂颗粒均匀且级配良好、含水率为26%～34%的粗粒土渗透破坏坡降,比颗粒不均匀、含水率不佳的粗粒土渗透破坏坡降明显提高的结论。     

地表载荷对硬岩区埋地管道应力应变影响分析

为研究地表载荷对硬岩区埋地管道力学性能的影响,建立了管-土耦合三维数值模型,分析了地表载荷大小、作用面积、管道压力、管道径厚比及回填土弹性模量对管道应力分布、塑性应变、椭圆度的影响。结果表明:地表压载作用下,高应力区首先出现在管道顶部且呈椭圆形;随着地表载荷及其作用面积的增大,管道高应力区逐渐扩大,管道截面左右两侧也出现应力集中;随着回填土弹性模量、管道壁厚及内压的增加,管道顶部高应力区及最大等效应力均减小。塑性应变首先出现在管顶,且塑性区随地表载荷、载荷作用长度增加而增大,随回填土体弹性模量及管道壁厚增大而逐渐减小;当内压为0~4MPa时,管道塑性应变及塑性区随内压的增大而减小。管道椭圆度随回填土体弹性模量、管道内压、壁厚增加而逐渐减小,随地表压载增大而增大。     

金尾矿与土工格栅界面摩擦特性的试验

尾矿坝加筋设计时,土工格栅与尾矿界面摩擦特性是影响加筋结构安全稳定的重要因素。通过室内拉拔试验,分析了上覆压力、含水率和拉拔速率3个试验条件对筋-尾矿界面摩擦参数的影响。结果表明:含水率对似黏聚力和似摩擦角的影响显著,但随含水率增大似黏聚力与界面摩擦强度变化趋势一致,都呈现先增大后减小的规律,在含水率变化情况下的界面参数选取中主要考虑似黏聚力;拉拔速率对似摩擦角比对似黏聚力的影响大,且似摩擦角与界面摩擦强度都随拉拔速率增大而增大,但似摩擦角增大速率逐渐减缓,随拉拔速率加大,对界面参数的主要影响开始由似摩擦角向似黏聚力转变;在不同尾矿含水率或拉拔速率情况下似摩擦系数均随法向应力增大呈非线性递减,可用二次抛物线拟合反映二者关系,且含水率对似摩擦系数的影响比拉拔速率对其的影响大,而在法向应力一定情况下,似摩擦系数随含水率的变化与对应界面参数似黏聚力的变化规律相同,随拉拔速率的变化与对应的界面参数似摩擦角的变化规律相同。     

煤吸附CO_2体积影响因素试验研究

为研究煤吸附CO_2在多因素耦合作用下体积的影响因素,采用HCA高压容量法测定不同条件煤样对CO_2吸附量影响,并计算Langmuir体积,分析温度、粒径、含水率3种因素耦合影响煤对CO_2吸附程度,通过Design Expert软件设计Box Behnken试验,构建煤吸附CO_2的Langmuir体积二次回归响应曲面模型。结果表明:吸附量随温度、粒径增加而减小,随含水率升高呈先减小后稳定的趋势;影响因素中温度、粒径、含水率各单因素均为显著影响;多因素作用时影响程度大小依次为:粒径和含水率温度和粒径温度和含水率,温度和粒径、粒径和含水率之间交互作用显著,温度和含水率之间交互作用不显著。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。