地下空间与工程学报

Select

徐生钰,宋铮,朱宪辰

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 985-990.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

立足于城市地下空间可开发量的有限性和开发利用的不可逆性,城市地下空间资源是一种可耗竭资源。中国的城市地下空间资源产权属于国家,开发利用是由政府主导的。在产权归国家所有条件下,通过对豪泰林可耗竭资源最优开发利用模型进行拓展分析发现:第一,城市地下空间的开发利用量、政府增加的存量作为两个控制变量,决定着城市地下空间开发利用的跨期利润最大化的最优条件;第二,城市地下空间资源的经济租在其整个生命周期的变化将取决于初始存量和开发利用成本的状态;第三,与其他资源一样,城市地下空间资源在开发利用过程中存在一个各期的最优利用开发量,这个最优开发量既能保证当期使用者的需要,也不会影响后代的需求。

Select

爆炸作用下地下岩石结构界面反射参数探讨

张宇,李国强,王志亮

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 991-1001.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

地下结构反射系数定义为反射场峰值应力除以入射场峰值应力,是确定结构表面荷载分布的重要参数。本文从波的界面效应出发,运用岩土介质与结构相互作用原理,考虑波与介质的耦合效应,重点探讨了地下结构界面反射机理。运用有限元参数变化法,系统地探讨了参数变化对反射系数影响。首先,考虑不同爆源参数特性: 如比例爆距、爆炸当量、爆炸偏角等对界面反射的影响;其次,变化传播介质参数特性,如相对密度、相对弹性模量、相对泊松比对界面反射的影响;最后,变化结构特性参数,探讨不同结构型式和尺寸下的反射系数。研究表明,爆源参数、介质参数和结构参数均对界面反射有影响,各参数影响程度不同。

Select

采动卸荷岩石破坏的理论模型与实验验证

左建平,刘连峰,陈绍杰,陈连军

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1002-1009.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于采动卸荷岩体破坏实验,提出了采用三段模型来近似描述采动卸荷岩石应力-应变关系模型。从经典的应变梯度塑性出发,建立了弹塑性局部化应变单元模型,推导出应变局部变形带与内禀材料尺寸的关系,用简单的线性关系描述了宏观局部变形带与材料内部参数—内禀材料尺寸的关系,建立的本构关系将采动卸荷应力-应变曲线分成弹性阶段、采动卸荷弹塑性阶段和采动卸荷破坏软化阶段。讨论了孔隙度、比例系数和材料内禀尺寸对采动塑性屈服面的影响。在采动卸荷弹塑性阶段, 本文假设塑性变形主要产生在局部变形带中。岩石处于高度压密状态,此时孔隙度基本不变,亚临界微裂纹也主要产生于局部变形带中。通过选择合适的内禀尺寸和其他参数代入构建的本构模型中,证实了理论结果与实验结果较为吻合。

Select

断续双裂隙红砂岩加载速率效应颗粒流分析

倪红梅,黄彦华,刘相如

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1010-1016.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用颗粒流程序平行黏结模型,对不同加载速率下断续非共面双裂隙红砂岩数值试样进行单轴和三轴压缩模拟,分析了加载速率对应力-应变曲线、峰值强度、扩容特征、变形参数和破坏模式等力学行为的影响。研究结果表明:加载速率主要影响应力-应变曲线峰值强度和峰后阶段,对峰前阶段影响很小。峰值强度随着加载速率的增大呈单调增长,与围压的关系可以用Mohr-Coulomb准则表征。裂纹损伤阈值对速率的敏感性随着加载速率的增大而提高,与围压的关系可以用广义Hoek-Brown准则表征。加载速率对弹性模量和泊松比的影响很小,而弱化模量和峰值应变影响明显。高加载速率会生成更多的微裂纹,进而造成试样破坏更为严重。

Select

DDA子块体开裂模拟算法的优化与验证

倪克松,甯尤军

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1017-1022.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

非连续变形分析(DDA)是计算离散可变形块体系统力学响应的数值计算方法,其在连续岩体开裂破坏模拟中的应用也已得到研究。在以往的预离散子块体DDA开裂模拟方法中,通过采用虚拟节理对子块体进行粘结以模拟连续体的变形,进而根据虚拟节理面上的块间接触力判断沿预设节理面的拉伸或剪切破坏。该算法能够较好的模拟岩体的开裂路径和破坏形态,但受预设虚拟节理面方向对块间接触力大小的影响,由此得到的岩石开裂强度与实际之间可能产生较大差异。本研究不再根据块间接触力进行开裂判断,而改进为根据邻近子块体的应力状态进行开裂判断,并仍假定裂纹沿虚拟节理面产生。用新的DDA程序对压缩载荷作用下圆盘试件的拉伸开裂破坏和方形试件的剪切开裂破坏进行了模拟。算例表明,改进后的开裂算法具有高的开裂计算准确性,并大大减小了预设虚拟节理分布对开裂破坏强度及破坏路径模拟结果的影响。

Select

裂隙岩体中力学-渗流-传输耦合离散元模拟

赵志宏,井兰如,宋二祥

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1023-1029.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

深部地下工程包括增强型地热系统、核废料的地下处置、CO₂地下封存、煤炭地下气化等,都涉及到复杂的水-力-化多场耦合过程。全面理解力学过程影响下的溶质(如放射性核素)传输过程是以上各类工程成功建设和安全运行的重要理论基础。本文基于离散裂隙网络模型的思想,采用离散元方法来模拟应力-渗流耦合过程,而溶质传输过程则用粒子追踪法(Particle tracking algorithm)来进行模拟。溶质传输机理主要考虑了单岩石裂隙中的平流(Advection)、弥散(Hydrodynamic dispersion)以及原岩-裂隙之间的扩散(Matrix diffusion)。结果显示,力学过程对溶质传输过程有着显著影响,会明显改变溶质在裂隙网络中的停滞时间、传输路径和位置分布等。当水力梯度较小时,原岩-裂隙之间的扩散过程将是溶质在裂隙网络中停滞时间的决定性因素。

Select

基于敏感性分析的围岩力学参数反演方法研究

杨蒙,谭跃虎,李二兵,马聪,段建立

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1030-1038.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于影响隧道变形的围岩强度参数和变形参数较多,现有的反分析研究主要集中在算法的优化上,因而忽略了工程应用的便利性和实用性。针对这种状况,以南京某隧道工程为依托,结合数值模拟,提出了基于敏感性分析的反演方法。根据工程实际,将围岩和支护结构综合考虑分为初始围岩区(简称Z₁),松动圈与锚杆锚固共同作用区(简称Z₂)以及钢支撑和喷射砼等效作用区(简称Z₃);通过安排试算初始值,利用FLAC^3D程序计算并分析不同的力学参数对不同隧道变形的敏感性,从而确定反演流程;根据反演流程结合各测点的实测变形值获取合理、准确的围岩力学参数。研究结果表明:与常规的反演方法相比,通过敏感性分析确定隧道不同变形的主控因素,以此变形来反演该主控因素参数在很大程度上提高了工程应用的效率与可靠度;拱顶下沉受Z₁区弹性模量E₁、Z₂与Z₁区弹性模量比值n的影响较大,受围岩泊松比μ₁的影响相对较小;隧道收敛受E₁、n、μ₁ 三者的影响都较大;围岩力学参数反演结果为E₁=362.6 MPa、n=0.62、μ₁=0.30;现场应用证明了该方法的有效合理性。

Select

自然及饱水状态下煌斑岩力学特性试验研究

李振,郭军,冯佳瑞,冯国瑞,郭育霞

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1039-1046.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了探究煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采矿压显现异常的机理,分别对自然及饱水状态下煌斑岩进行了单轴压缩、巴西劈裂和变角剪切试验等力学试验研究。结果表明:两种状态下煌斑岩在单轴压缩试验峰前均经历了孔隙压密、弹性变形、塑性变形三个阶段,但自然状态下煌斑岩弹性变形阶段很长、塑性变形阶段很短,由峰后曲线可知饱水和自状态下煌斑岩分别属于Ⅰ类稳定破裂型岩石和Ⅱ类非稳定破裂型岩石;自然状态下煌斑岩单轴抗压强度平均为114.53 MPa ,饱水抗压强度比自然状态降低了39.7%;由巴西劈裂试验知自然状态下煌斑岩平均抗拉强度为8.63 MPa,饱水后煌斑岩的抗拉强度比自然状态降低了42.4%;由变角剪切试验分别获得了两种状态下煌斑岩的强度曲线方程,并得到了两种状态下煌斑岩的内聚力和内摩擦角,饱水后内聚力内摩擦角分别下降了21.8%和1.6%。

Select

柱状节理岩体侧向变形特性单轴压缩试验研究

肖维民,邓荣贵,付小敏,王从颜

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1047-1052.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于柱状节理网络的存在,柱状节理岩体在单轴压缩下沿柱状节理的滑移、松弛或局部破裂将产生较大的外观侧向变形,相应的侧向应变与轴向应变之比(以下简称侧向应变比)将大大超出连续介质泊松比上限值0.5。正确把握柱状节理岩体较大侧向变形特性,是地下洞室等大型柱状节理岩体工程设计需要解决的关键问题之一. 为此,以石膏混合材料制作柱体与σ₁具有不同夹角β的模拟柱状节理岩体试件,通过单轴压缩试验得到了模拟柱状节理岩体侧向应变比ν_r随β的变化曲线,曲线近似为倒“U”型,并在β=30°时取得最大值,在此基础上根据模拟柱状节理岩体的破坏模式对其侧向变形力学机理进行了分析。最后,参照Ramamurthy各向异性经验模型构建了预测柱状节理岩体侧向应变随夹角β变化的经验公式,将经验预测值与试验实测值进行比较发现两者吻合较好,该经验公式可以较好地预测侧向应变随夹角β的变化趋势。

Select

一种改进的节理初始优势产状计算方法

刘健,李珊珊,陈亮,王春萍,李亚伟

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1053-1058.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

节理的优势产状是岩石工程中确定硐室布置方式和开挖方向的必需信息。动态聚类法可以完成节理优势组的自动划分,获得节理的优势产状。而如何选取初始优势产状一直是制约动态聚类法应用的重要因素。本文在最大最小距离法中引入密度项,解决了初始优势产状可能出现在低密度区的问题,提出了稳定有效的初始优势产状计算方案。分别对人造和实测节理产状数据进行试算,结果表明,改进后的最大最小距离法能够保证初始优势产状位于密度极大值点附近,且计算结果对密度搜索半径敏感度较低,具有良好的稳定性。基于选定的初始优势产状,进行优势组划分,所得划分结果的目标函数值更接近其最小值,即初始优势组划分更接近其最优分组。这表明,本文提出的改进最大最小距离法能够给出更为有效的初始优势产状。

Select

基于分层计算的层间剪切带原位变形试验研究

闫长斌,杜卫长

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1059-1064.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于含层间剪切带复合岩体的非均匀性,传统的承压板变形试验只能得到复合岩体的综合模量,而无法准确得到层间剪切带的变形参数。介绍了黄河中游红色碎屑岩地区某大型水利枢纽工程坝址区层间剪切带的发育特征,选择典型勘探平硐进行刚性承压板中心孔法原位变形试验,在预留上部保护岩层条件下,通过在中心孔内设置不同深度的液压锚头,直接得到复合岩体、层间剪切带上下缘岩体的压力-变形关系曲线。利用推导的深部岩体压缩变形公式,分别计算其变形参数。根据分层计算原理,利用层间剪切带上缘岩体和下缘岩体变形差值计算得到层间剪切带的等价变形参数。研究结果表明,层间剪切带的变形参数低于上下缘岩体及复合岩体,其等价变形模量为0.72GPa,等价弹性模量为1.41GPa。

Select

灰岩隧洞围岩结构面空间位置及填充物FDTD正演

吕高,李宁,马旭东,苏立海,朱才辉

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1065-1070.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

地质雷达(GPR)法是以电磁波在岩土体介质中的反射和衰减,通过电磁波回波信号反映灰岩隧洞中岩体结构面空间位置及其填充物。建立单条裂隙、双条裂隙和交叉裂隙及其空间位置的二维地电模型,设置结构面中的填充物为空气、泥土、水;以FDTD法正演模拟并对比分析其图像特征。结论如下:填充物对结构面的判据具有较大影响,水对电磁波的强烈吸收作用导致图像成像特征复杂,多次反射波规律性较强;结构性的探测取决于介质介电常数的差异,且近掌子面的结构面对电磁波的反射和吸收形成多次波干扰深部结构面的成像。FDTD正演结果对地质预报的判断提供科学依据和指导作用。

Select

川南地区龙马溪组页岩岩石声波透射实验研究

熊健,梁利喜,刘向君,冉伟,吴涛

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1071-1077.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了获得对龙马溪组页岩储层声波传播特性的规律,选取川南地区下志留统龙马溪组页岩野外露头岩块,钻取不同层理角度的岩心(10个层理角度),采用透射法系统地分析了龙马溪组页岩不同层理角度的岩石纵横波速度,计算页岩岩石动弹性力学参数。研究结果表明川南地区龙马溪组页岩的纵横波速度呈显著的正线性关系,页岩岩石的纵横波速度比均值或纵波速度随层理角度的增加而减小;页岩岩石的动弹性模量、体积模量及剪切模量与岩石的纵横波速度有较好相关性,呈指数关系,而动泊松比与岩石纵波速度有良好线性相关性;声波速度随层理角度的增加或频率减小而减小,与频率呈良好的正对数关系;声波衰减系数随层理角度的增加或频率的增加而增大,与频率呈弱线性关系。

Select

洞室围岩交叉锚固结构抗爆性能模型试验研究

徐干成,顾金才,袁伟泽,张向阳,夏松林

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1078-1085.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为进一步提高已建成地下洞室的抗动载能力,本文提出围岩外交叉锚固的方法对洞室进行加固;随后利用相似理论建立了洞室外交叉锚固的试验模型,并对加固后的洞室模型进行了爆炸试验;通过采集分析影响洞室稳定性的拱顶位移、拱顶和底板部位的加速度参数,对比研究了外交叉锚固洞室的抗爆能力。通过模型爆炸试验得到:在相同爆炸荷载作用下,经过外交叉锚固加固后洞室的位移峰值和残余变形值均降低,处于爆点正下方的测点降低幅度范围约为20%~50%,洞室拱顶附近的加速度峰值降低幅度为20%左右,由此可见本文提出的外交叉锚固洞室的加固方法能够有效地提高洞室的抗爆性能。

Select

岩石劈裂试验声发射特征的有限元分析

方新宇,许金余,刘石,刘俊良

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1086-1092.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为研究岩石劈裂破坏过程中声发射的时空特征与演化规律,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对岩石试件在不同加载条件下的准静态劈裂拉伸试验进行数值仿真模拟,并依据模拟结果,分析了加载条件对岩石劈裂破坏试验声发射特征的影响,探讨了各加载条件下巴西圆盘试验的有效性。结果表明:相较于平台加载和弧形加载,垫条加载条件下试件的声发射活动(含声发射事件累计数与声发射率)最先达到峰值,但峰值点却最低,最终劈裂破坏程度也最轻;声发射率的峰值点略提前于加载位移急剧增长的时间点,可据此预判花岗岩试件的破坏时刻,而这一特征在平台加载与弧形加载时尤为明显,在垫条加载时则不显著;平台加载与弧形加载条件下的巴西圆盘试验基本满足中心起裂条件,而垫条加载时却不满足;此外,由本文研究可知,运用ANSYS/LS-DYNA建立三维有限元模型来分析岩石劈裂试验的声发射特征是可行的,且与其他数值模拟手段相比,与实际工况更相近,普适性也更好。

Select

基于细观颗粒离散元的花岗岩劈拉破损行为研究

康政,唐欣薇,周小文

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1093-1100.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于试件制备简单、试验便于操作,巴西劈裂试验被广泛用于测量岩石的抗拉强度,但试验结果易受细观结构、平台中心角、端部摩擦等因素影响。针对上述问题,本文对花岗岩进行矿物成分鉴定,采用数字图像技术表征试件的真实结构,建立了颗粒离散元的岩石细观力学模型,利用该模型对花岗岩的劈拉试验进行了数值仿真,并通过开展相应的试验论证了模型的可靠性。同时,基于数值模型研究了平台中心角以及加载端部边界效应对花岗岩劈拉破坏的影响。研究表明,随着平台中心角的增大,花岗岩试件中心的拉应力降低,压、拉应力比增大,中心角取20°~30°为宜;此外,端部摩擦效应随着平台中心角的增大而增大,当中心角小于30°时,端部摩擦影响较小,可忽略不计。

Select

裂纹非一致起裂对动态断裂韧度确定的影响

张盛,杨向浩

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1101-1108.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了考察中心圆孔裂缝平台巴西圆盘试件直裂缝非一致性起裂对测试岩石动态断裂韧度带来的影响,在霍普金森压杆冲击系统上对圆盘试件进行冲击试验,获得了端部加载载荷和裂纹前缘不同点的起裂时刻,并借助ANSYS动态有限元分析得到了圆盘试件三维裂纹前缘不同点的动态应力强度因子时间历程曲线,采用实验—数值方法计算得到相应的动态断裂韧度值。结果表明:裂纹前缘点对应动态应力强度因子值沿厚度方向逐渐递增;二维分析方法得到的动态应力强度因子与三维分析方法裂纹前缘中心处的值最为接近,两者的相对误差小于5%,对应确定的动态断裂韧度值相对误差小于1.2%。如果不考虑圆盘厚度影响,假设试件在圆盘表面起裂,由裂纹前缘其它点所求得的动态断裂韧度值与二维方法得到的值相对误差最大可以达到23%,采用二维简化方法存在较大的误差。

Select

岩石的高温动态统计损伤本构模型研究

许金余,刘石

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1109-1113.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

结合连续强度理论和随机统计分布假设,在常温统计损伤演化方程的基础之上引入温度影响因素,推导了大理岩的高温统计损伤演化方程;采用组合建模的方法,以损伤力学为基础,将统计损伤体引入到粘弹性本构模型中,构建了能够反映温度影响效应的大理岩高温动态统计损伤本构模型。利用带高温装置的分离式霍普金森压杆试验系统进行了大理岩在不同高温与不同加载速率共同作用下的动态力学试验,基于试验结果,确定大理岩高温动态统计损伤本构模型的参数,并对理论模型进行验证,拟合程度较好,可为岩石类脆性材料动态本构关系的进一步研究和工程应用提供参考依据。

Select

承压水上工作面破坏及裂隙演化相似模拟试验

熊祖强,王晓蕾

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1114-1120.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着我国煤炭开采深度的逐渐增大,承压水上开采工作面底板破断、突水事故呈上升趋势。以某煤矿承压水上开采工作面底板为研究对象,采用理论分析和开采固-流耦合相似模型对承压水上开采底板破断失稳特征进行了研究,并对回采过程中裂隙演化特征进行了数字化分析。研究结果表明:某煤矿承压水上开采工作面底板存在明显“三带”规律;工作面底板破坏深度为19.2 m,有效保护层厚度为2.3 m;随着工作面向前推移,底板所受应力随着距开切眼距离的增大而增加;采动过程中近煤壁底板为裂隙聚集区;采动过程中煤层底板裂隙数量随着深度的增加而减少;底板裂隙演化能很好反映底板破坏过程,可为矿井突水临突监测监控提供可靠数据。

Select

基于分子间作用力的不同吸附模型适用性研究

李元星,吴世跃,李长龙,张美红

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1121-1126.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对不同吸附模型对无烟煤阶段煤样吸附的适用性问题,在SPSS18.0平台上对程庄矿无烟煤吸附试验数据进行拟合,基于分子间作用力,从微观上对比研究Langmuir-Freundlich等6个模型的适用性。研究结果表明:(1)基于分子间作用力对煤样吸附适用性的研究是可靠有效的;(2)三参数模型的拟合效果优于二参数模型;(3)无烟煤阶段采用Freundlich吸附模型拟合是不适宜的,采用D-A模型效果最好;(4)依据超临界状态饱和蒸汽压所估算的饱和吸附量偏大,表明推算饱和蒸汽压的经验公式存在缺陷;(5)针对不同吸附模型对其它煤阶煤样吸附的适用性问题应该进一步研究。研究结果可为煤层气储量分析及涌出预测提供理论依据或参考。

Select

汶川地震紫坪铺进水塔的动态响应研究

李宁,李骞,任堂,雷光宇

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1127-1134.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

作为高耸塔式结构的进水塔在强地震作用下的抗震稳定性具有非常重要的地位。采用时程分析法,辅以反应谱分析法,对地震荷载曲线的确定进行了研究。在研究过程中分析了两种方法共三种地震荷载曲线,通过对比结果得出时程分析法所确定的地震荷载曲线的准确性。根据该曲线进行紫坪铺1#进水塔的5.12汶川地震稳定性时程分析。针对低周往返地震荷载作用下,塔体结构与塔背山体以及地基岩体间薄弱面在张开、闭合、滑移过程中的应力释放和应力调整规律,引入动态接触单元,采用弹性连接和动态接触两种方法研究高耸进水塔结构在地震荷载作用下的抗震性能,确定塔体的整体抗震稳定性是可以保证的。采用动态接触研究进水塔-岩体联合动力相互作用是十分必要的。

Select

显微CT观测下的煤吸附甲烷过程中的孔隙

赵东,蔡婷婷,冯增朝,王潞,康志勤

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1135-1138.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统和自主研制的细观吸附实验装置,进行显微CT观测下的沁水煤田3#煤层煤样的吸附甲烷实验,通过平面图像和三维重建模型分析试样孔隙随吸附压力的变化规律,得到的结论主要有:试样吸附甲烷后,孔隙率平均下降约3%,但随吸附压力的增加,孔隙率下降不明显;经由平面图像观测,吸附后试样孔隙被充填。根据三维重建实验结果,得到试样吸附甲烷后,最大连通团形成的骨架区域明显缩小,并且模型孔隙率相应降低。

Select

基于COMSOL Multiphysics的煤层气对流热采分析

曹伟,康志勤,吕义清,梁洁,王玮

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1139-1145.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

COMSOL Multiphysics软件是一款以有限元法为基础,可以通过求解偏微分方程组来实现多物理场耦合计算的数值仿真软件。通过COMSOL Multiphysics软件,结合多孔介质弹性力学、渗流力学、热力学理论建立多物理场耦合模型,并借助前人成果,模拟向煤层注入200 ℃的水,对煤层气进行热采,计算煤层的应力场、渗流场、温度场的耦合变化规律,以及煤层气的产出量。研究结果表明:向煤层注热水60 d后,煤层温度整体达到160 ℃以上,煤体的渗透率基本能提高到2.1×10^-12 m²附近,结果证明利用对流热采新技术开发煤层气是完全可行的,开采效率极高,值得进行商业推广开发。

Select

基于Hoek-Brown强度准则桩端溶洞顶板

马俊,王星华

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1146-1150.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对影响桩端溶洞顶板稳定性的因素的多样性,引入桩径、顶板厚度以及桩端荷载等因素,得到了基于弹性理论的桩端溶洞顶板内部应力三维分布表达式;并采用考虑多影响因素的三维Hoek- Brown强度准则,得到稳定性指标g,以此指标评价溶洞顶的板稳定性;另外引入非概率可靠性分析方法,得出非概率可靠性指标η,以此进行溶洞顶板可靠性分析;最后以实际工程为例,所得到的分析结果与实际情况相符,可以对相关设计提供参考。

Select

浅埋大断面黄土隧道初期支护安全性分析

李志清,丁春林,王科元,吴旭平

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1151-1157.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以大西客运专线忻州隧道三七微台阶法开挖为工程背景,采用FLAC^3D模拟分析施工过程中初期支护结构的受力特性,并与锚杆轴力和喷射混凝土应力的现场测试结果进行对比分析,最后结合型钢混凝土截面受力计算方法,评价型钢混凝土初期支护结构的安全性。研究结果表明:①型钢混凝土主要承受压应力,且沿隧道中线呈轴对称分布,最大压应力出现在拱腰位置,而拱脚处局部承受拉应力,为施工中的薄弱部位,喷射混凝土应力实测值相对计算值偏小,但分布规律与计算值吻合性较好;②隧道系统锚杆主要承受拉力作用,最大拉力在锚杆1 m位置,沿隧道轮廓从拱顶到拱脚递减,且计算值略大于实测值,两者分布规律一致;③型钢混凝土结构安全系数从隧道拱顶到拱脚依次递增,且同一部位轴力安全系数小于弯矩安全系数,轴力安全系数最小值为3.86,满足规范要求,可适当增大钢拱架支护间距或减小喷射混凝土强度。

Select

近距离煤层群下行开采覆岩运移特征试验分析

孙力,杨科,闫书缘,许鸣皋

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1158-1163.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为研究近距离煤层群多次开采对覆岩运移的影响,根据潘二煤矿近距离煤层群(8、7、6、5煤)地质和开采技术条件,采用相似材料模拟试验开展了下行开采覆岩运移特征研究。分析得出了多次开采覆岩变形、破坏及运移规律,近距离煤层群多次开采与单一煤层开采形成的覆岩宏观运移形态和特征相似。随着开采次数增多,覆岩下沉系数呈线性递减。多次开采覆岩变形、破坏至连通的时间和空间位置关系与开采厚度、开采次数、层间距及层间岩性等因素密切相关。研究表明,覆岩运移的多次演化叠加不仅是影响顶板来压和控制、瓦斯抽采布置和效果的关键因素,也是采动应力演化致灾的主导因素。

Select

大型地下厂房洞室群施工期围岩变形分析

姚强,杨兴国,刘勇林,黄鹤程,李洪涛

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1164-1169.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

瀑布沟水电站地下厂房洞室群规模大,地质条件复杂,水平构造应力高,施工期围岩的变形及稳定问题突出。结合弹塑性有限元方法和围岩变形监测资料综合分析了地下厂房洞室群施工期围岩的变形特征及稳定性。结果表明:主厂房围岩变形最大,尾水闸门室变形次之,主变室变形最小,厂房上下游边墙位移随着厂房下挖逐级增大,在厂房中部下游边墙岩锚梁高程部位处实测最大位移为107 mm;厂房边墙位移在墙顶和墙底较小,墙中部较大,上游边墙位移总体大于下游边墙;厂房拱顶径向位移总体上很小,上、下游边墙在两端的副厂房和安装间变形较小,中部变形较大;数值计算结果和变形监测资料有较好的一致性,围岩变形受施工程序和地质条件的影响较大。

Select

湖南省江垭水利枢纽工程地下厂房尾调室设计

黄建新

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1170-1176.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

江垭地下厂房工程主厂房、主变洞、尾调室三大洞室中,尾调室因下游洪水位高,建成后为三大洞中最高洞室,又长期处于水下不利运行条件,另高尾水位涉及厂房防洪问题。为确保洞室围岩稳定和厂房防洪安全,采用二维及三维有限元计算分析洞室围岩稳定性,进行水电站过渡过程分析满足水电站的调保要求和防洪安全,又通过水工模型试验验证优化设计方案。设计上选择阻抗式尾调室,规定电站运行规程等措施降低尾调室涌浪水位从而达到降低洞高的目的,获得洞室围岩稳定及厂房防洪安全,又节省工程量的整体最优效益。

Select

近距离煤层卸压开采围岩力学特征试验研究

窦礼同,杨科,闫书缘

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1177-1182.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为获得近距离煤层卸压开采卸压层与被卸压层煤岩体变形、破坏特征和围岩支承压力分布规律,根据潘二煤矿7煤和6煤开采地质及工程条件,建立了7煤下行卸压开采和6煤上行卸压开采的相似材料试验模型。通过试验观测与数据分析,获得了单一煤层下行卸压开采(7煤)、上行卸压开采(6煤)覆岩运移、支承压力分布等围岩力学特征及多煤层(7煤和6煤)开采围岩力学特征的叠加演化效应。研究表明,被卸压层中的应力分布及变形特征与卸压层开采布置参数、层间距及岩层结构密切相关,而煤柱留设是影响卸压开采效果及被卸压层安全开采的关键因素,尤其是煤柱下应力集中区的巷道布置、围岩稳定性控制、煤岩动力灾害防治等是下行卸压开采的技术关键。

Select

采用孔隙热弹性模型分析页岩井眼失稳规律

马天寿,陈平

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1183-1191.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于多孔介质连续力学,考虑各向异性页岩的热流固耦合作用,建立了各向异性多孔介质孔隙热弹性力学基本方程和页岩地层井眼稳定分析数学模型,采用MATLAB软件编制了数值求解程序,分析了流固耦合、热固耦合、热流固耦合三种不同耦合模式下井周孔隙压力、地层温度、应力分布和井眼稳定性随时间变化的特征。结果表明:数值解与解析解计算结果吻合较好(误差仅0.028%),实例井井眼扩径率计算结果与实际情况基本吻合,验证了本文模型和方法的正确性;温度和孔隙压力的改变对井周应力分布影响较大,地层温度降低、井内压力增加有利于井眼稳定,孔隙压力升高不利于井眼稳定;页岩地层井眼稳定性具有显著的时变效应,随着钻开地层时间的增加,井眼不稳定区域和井眼扩径率逐级变大。孔隙热弹性力学分析方法可用于分析不同时间的井眼失稳规律,可为解决页岩井眼失稳问题提供更加科学的计算手段和方法。

Select

“三硬”条件煤层压变区域失衡冲击理论及应用

田利军

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1192-1197.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

冲击地压是一种矿山动力灾害,是煤矿井工开采领域的难题之一,“三硬”条件下的冲击现象更为复杂,是开采此条件煤层亟待解决的问题。本文利用相似模拟试验揭示了“三硬”条件煤层应力集中和分布规律,结合数值模拟分析了工作面前方能量积聚情况,总结了“三硬”条件冲击地压的特征及发生过程,提出压变区域失衡冲击理论。理论认为:采、掘活动引起采煤工作面周围应力重新分布和集中,继而煤层出现软化破坏区、硬化弹塑区和裂隙压密区。软化破坏区吸收硬化弹塑性区煤体破坏释放的能量。当硬化弹塑区单位时间内释放能量大于软化破坏区吸收能量时,压变转化动平衡遭到破坏继而发生冲击地压。在此理论的指导下提出以煤层卸压孔为主、顶底板卸压槽、爆破为辅的“三硬”条件冲击地压防治措施,在实际应用中取得显著效果。

Select

格地罗沟高频泥石流特征及成因机制研究

王峥嵘,邓辉,黄润秋

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1198-1202.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

格地罗泥石流沟位于四川省凉山州盐源县境内,为典型高山区沟谷型高频率稀性泥石流,据调查访问,格地罗沟每年均发生1~3次小型泥石流或含高泥沙的洪水,平均每10年就会发生一次一定规模的泥石流。该泥石流形成区流域面积较小,沟道较短,但物源极其丰富,在暴雨时期易发生泥石流,在川西地区具有一定的代表性。本文从泥石流的流域特征、水源条件、物源的启动与转化等方面,采用现场调查、遥感解译等手段研究了该沟发生高频泥石流的成因机理。

Select

城区地下水污染物对流扩散的试验分析

杨文滨,曹洪,潘泓,骆冠勇

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1203-1208.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着城市地下空间资源的大力开发,研究地下空间开发对地下水环境的影响是一个迫在眉睫的新问题。本文旨在通过掌握地下空间开发对地下水污染物对流扩散的影响规律,进而合理规划布局地下结构物,调整各种地下结构物的阻水特性,最终达到改善整个城区地下水环境的目的。由于城区地质条件的复杂性,本文将利用室内模型试验并结合理论分析的手段,重点探讨污染物依附的透水层的渗透系数和周边区域的水力坡降两个因素对城区地下水污染物对流扩散的影响规律;为此,自制四相电极探杆,采用河砂模拟地下水透水层,利用一定浓度的Nacl溶液模拟地下水污染物,根据电阻率法原理测定土体中地下水污染物的浓度。通过一维对流扩散试验,探讨了分子扩散系数、机械弥散系数以及孔隙流速的求法,并得出采用解析解求得的计算值与试验值相吻合,且当水力坡降小于0.003 5时,布朗运动要比渗流作用对于污染物溶质变化量的影响来得明显。

Select

观音岩滑坡潜在失稳模式及成灾规模数值模拟

冯春,李世海,李继锋

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1209-1216.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于颗粒接触的无网格方法(PCMM)以颗粒离散元的几何构型为依托,将研究区域用一系列颗粒进行离散,而后基于颗粒间复杂丰富的接触信息构建三角形单元,并在单元中引入Mohr-Coulomb理想弹塑性本构模型。计算过程中,随着颗粒间接触信息的变化,一些畸变单元将会被自动删除,一些新单元将会被自动创建。通过单元的删除及重建,即可解决滑坡数值模拟中因网格畸变导致的系统能量发散问题。利用PCMM方法结合强度折减思路,对重庆黔江观音岩滑坡的潜在失稳模式及成灾规模进行了探讨。计算结果表明,观音岩滑坡为典型的土质推移式滑坡,滑体后部先出现失稳破坏,并出现局部张拉裂缝;剩余下滑力的转移导致滑体前部出现剪切破坏;最后滑体中部出现破坏;滑移面形成的顺序为后部、前部、中部。观音岩滑坡失稳后,滑体涌入黔江河道的方量与强度折减系数呈线性关系,随着强度折减系数的增加,滑体涌入量线性增加。强度折减系数为1.3时,滑体涌入量约为3万方;强度折减系数为2.0时,滑体涌入量约为25万方。

Select

巷道围岩爆破地震效应的模拟和解析对比分析

吴建,陈士海

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1217-1222.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对某巷道围岩爆破工程进行数值模拟来分析爆破地震波在围岩中的传播规律,通过数值模拟分析结果与解析解进行对比,发现两者得出的结论类似。在爆破地震波的影响下围岩质点的峰值速度变化呈一定规律,对不同径向距离和轴向距离条件下质点峰值速度的变化规律进行比较,可以发现围岩中质点的峰值速度随着径向距离呈现正负号交互的波浪式衰减,即围岩可能出现交替拉压状态以及分区破裂现象,而质点峰值速度随着轴向距离的变化相对简单,主要表现为非线性的快速衰减。

Select

不等厚互层顺层磷矿高边坡变形机制研究

师刚,刘华莉,刘学增

地下空间与工程学报. 2014, 10(5): 1223-1230.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以云南晋宁磷矿东采区顺层高边坡为研究对象,通过现场勘察,对现场滑坡形态、破坏情况、滑面及滑体特征等进行分析,并从地质、力学角度上分析滑坡变形破坏特征、力学机制及滑坡演化形成过程。最后采用离散元分析验证。研究结果表明:滑坡变形破坏模式为滑移—拉裂破坏,降雨及磷矿开采是滑坡滑动的重要诱因。磷矿层开采坡前缘切断岩层,形成临空面,岩体卸荷松弛发育裂隙,雨水下渗到全风化粘土层面附近富集,层间含水化强的物质,在长期浸泡软化、不等厚互层差异风化等作用下,岩体力学性质大幅衰减,滑体沿软弱层面向临空方向滑动,坡体后缘岩体被拉开,形成张拉裂缝,软弱滑动面贯通,边坡发生变形破坏,主要是以岩石的拉张破坏为主,拉应力对岩石的破坏起主导作用。从计算的位移、滑动形态、变形速率及应力分布判断,滑坡的变形机制为滑移—拉裂破坏模式。其研究成果为矿区高边坡稳定性分析及加固设计提供一定参考依据。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容