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Stress gradient analytic solution and reasonable support prestress of roadway surrounding rock based on unified strength criterion:A case study
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作者 JING Suo-lin WEN Zhi-jie +2 位作者 ZUO Yu-jun LI Qiu-ju HAO Peng 《Journal of Central South University》 2025年第2期449-468,共20页
The stress gradient of surrounding rock and reasonable prestress of support are the keys to ensuring the stability of roadways.The elastic-plastic analytical solution for surrounding rock was derived based on unified ... The stress gradient of surrounding rock and reasonable prestress of support are the keys to ensuring the stability of roadways.The elastic-plastic analytical solution for surrounding rock was derived based on unified strength theory.A model for solving the stress gradient of the surrounding rock with the intermediate principal stress parameter b was established.The correctness and applicability of the solution for the stress gradient in the roadway surrounding rock was verified via multiple methods.Furthermore,the laws of stress,displacement,and the plastic zone of the surrounding rock with different b values and prestresses were revealed.As b increases,the stress gradient in the plastic zone increases,and the displacement and plastic zone radius decrease.As the prestress increases,the peak stress shifts toward the sidewalls,and the stress and stress gradient increments decrease.In addition,the displacement increment and plastic zone increment were proposed to characterize the support effect.The balance point of the plastic zone area appears before that of the displacement zone.The relationship between the stress gradient compensation coefficient and the prestress is obtained.This study provides a research method and idea for determining the reasonable prestress of support in roadways. 展开更多
关键词 PREstress support compensation surrounding rock damage stress gradient analytic solution unified strength theory
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Assessing the range of blasting-induced cracks in the surrounding rock of deeply buried tunnels based on the unified strength theory
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作者 LI Liang CHEN Jia-jun +3 位作者 ZHAO Lian-heng HE Ke-pei HU Shi-hong LI Hua-long 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2341-2364,共24页
Blasting-induced cracks in the rock surrounding deeply buried tunnels can result in water gushing and rock mass collapse,posing significant safety risks.However,previous theoretical studies on the range of blasting-in... Blasting-induced cracks in the rock surrounding deeply buried tunnels can result in water gushing and rock mass collapse,posing significant safety risks.However,previous theoretical studies on the range of blasting-induced cracks often ignore the impact of the in-situ stress,especially that of the intermediate principal stress.The particle displacement−crack radius relationship was established in this paper by utilizing the blasthole cavity expansion equation,and theoretical analytical formulas of the stress−displacement relationship and the crack radius were derived with unified strength theory to accurately assess the range of cracks in deep surrounding rock under a blasting load.Parameter analysis showed that the crushing zone size was positively correlated with in-situ stress,intermediate principal stress,and detonation pressure,whereas negatively correlated with Poisson ratio and decoupling coefficient.The dilatancy angle-crushing zone size relationship exhibited nonmonotonic behavior.The relationships in the crushing zone and the fracture zone exhibited opposite trends under the influence of only in-situ stress or intermediate principal stress.As the in-situ stress increased from 0 to 70 MPa,the rate of change in the crack range and the attenuation rate of the peak vibration velocity gradually slowed. 展开更多
关键词 deep drilling and blasting cracks in surrounding rock unified strength theory intermediate principle stress in-situ stress cavity expansion dilatancy characteristics
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Numerical analysis of deformation and failure characteristics of deep roadway surrounding rock under static-dynamic coupling stress 被引量:28
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作者 WU Xing-yu JIANG Li-shuai +3 位作者 XU Xing-gang GUO Tao ZHANG Pei-peng HUANG Wan-peng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第2期543-555,共13页
In actual production,deep coal mine roadways are often under typical static-dynamic coupling stress(SDCS)conditions with high ground stress and strong dynamic disturbances.With the increasing number of disasters and a... In actual production,deep coal mine roadways are often under typical static-dynamic coupling stress(SDCS)conditions with high ground stress and strong dynamic disturbances.With the increasing number of disasters and accidents induced by SDCS conditions,the safe and efficient production of coal mines is seriously threatened.Therefore,it is of great practical significance to study the deformation and failure characteristics of the roadway surrounding rock under SDCS.In this paper,the effects of different in-situ stress fields and dynamic load conditions on the surrounding rock are studied by numerical simulations,and the deformation and failure characteristics are obtained.According to the simulation results,the horizontal stress,vertical stress and dynamic disturbance have a positive correlation with the plastic failure of the surrounding rock.Among these factors,the influence of the dynamic disturbance is the most substantial.Under the same stress conditions,the extents of deformation and plastic failure of the roof and ribs are always greater than those of the floor.The effect of horizontal stresses on the roadway deformation is more notable than that of vertical stresses.The results indicate that for the roadway under high-stress conditions,the in-situ stress test must be strengthened first.After determining the magnitude of the in-situ stress,the location of the roadway should be reasonably arranged in the design to optimize the mining sequence.For roadways that are strongly disturbed by dynamic loads,rock supports(rebar/cable bolts,steel set etc.)that are capable of maintaining their effectiveness without failure after certain dynamic loads are required.The results of this study contribute to understanding the characteristics of the roadway deformation and failure under SDCS,and can be used to provide a basis for the support design and optimization under similar geological and geotechnical circumstances. 展开更多
关键词 static-dynamic coupling stress(SDCS) deep roadway surrounding rock stability numerical simulation roadway deformation plastic failure of surrounding rock
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Stress evolution of deep surrounding rock under characteristics of bi-modulus and strength drop 被引量:6
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作者 CHEN Shao-jie ZHAO Zeng-hui +1 位作者 FENG Fan ZHANG Ming-zhong 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第2期680-692,共13页
Aiming at the circular chamber under uniform stress field in deep energy storage and mining,analytical solutions of stress and plastic zone of the surrounding rock under different far-field stress and internal pressur... Aiming at the circular chamber under uniform stress field in deep energy storage and mining,analytical solutions of stress and plastic zone of the surrounding rock under different far-field stress and internal pressure were derived based on bi-modulus theory and the elastic-brittle-ideal plastic constitutive model.Evolution trend of the elasticplastic stress and plastic region with different elastic constant ratios and residual strength coefficients were analyzed in details.Results revealed that when the internal pressure was small,the three-direction principal stress was compressive stress and the stress field distribution of the surrounding rock was not affected by the moduli difference.The obtained solution was consistent with the solution from the elastic-brittle plastic drop model under the equal modulus theory.On the other hand,when the internal pressure was large,the tangential stress was changed.The surrounding rock can be divided into three zones,i.e.,tensile plastic zone(TPZ),tensile elastic zone(TEZ)and compressive elastic zone(CEZ).The tensile and compressive dual modulus had significant influence on the demarcation point between TEZ and CEZ.In addition,the strength drop and the dual modulus characteristic had a coupling effect on the stress distribution in the surrounding rock.The related achievements further enrich the theory of deep rock mechanics. 展开更多
关键词 deep surrounding rock bi-modulus strength drop stress evolution
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Influence of underground water seepage flow on surrounding rock deformation of multi-arch tunnel 被引量:11
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作者 李夕兵 张伟 +1 位作者 李地元 王其胜 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第1期69-74,共6页
Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underg... Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underground water seepage flow was taken into account or not. The distribution of displacement field around the multi-arch tunnel, which is influenced by the seepage field, was gained. The result indicates that the settlement values of the vault derived from coupling analysis are bigger when considering the seepage flow effect than that not considering. Through the contrast of arch subsidence quantities calculated by two kinds of computation situations, and the comparison between the calculated and measured value of tunnel vault settlement, it is found that the calculated value(5.7-6.0 mm) derived from considering the seepage effect is more close to the measured value(5.8-6.8 mm). Therefore, it is quite necessary to consider the seepage flow effect of the underground water in aquiferous stratum for multi-arch tunnel design. 展开更多
关键词 multi-arch tunnel underground water seepage flow coupling flow and stress surrounding rock deformation vault settlement
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Non-complete relief method for measuring surface stresses in surrounding rocks 被引量:4
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作者 张凤鹏 邱兆国 冯夏庭 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第9期3665-3673,共9页
The measurement of surface stresses in surrounding rocks with the use of a relief method of annular hole-drilling was studied by numerical analysis. The stress relief process by hole-drilling was then simulated with t... The measurement of surface stresses in surrounding rocks with the use of a relief method of annular hole-drilling was studied by numerical analysis. The stress relief process by hole-drilling was then simulated with the use of finite element method. The influences of the borehole diameter(d), the initial stresses and the ratio of the initial principle stresses on the variations of the remained stress and the released stress in function of the relief depth(h) were discussed. The relation between the non-dimensional ratio of the released principle strains and that of the initial principle stresses, and the effect of the elastic modulus and the Poisson ratio of the rock mass on the stress relief curves were studied. The results show that the stress relief behavior formulated with the non-dimensional ratio of the released stress and the ratio of h/d is only sensitive to the ratio of the initial principle stresses and the Poisson ratio. The stresses are completely released when h equals 1.6d, and the tensile stresses take place on the bore core surface in the relief measurement process. Finally, a non-complete relief method of annular hole-drilling for measuring surface stress in surrounding rocks is proposed and the procedure is presented. 展开更多
关键词 non-complete relief method surface stress in surrounding rock stress relief rate ratio of initial principal stresses ratioof released principal strains
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Numerical analysis and field monitoring tests on shallow tunnels under weak surrounding rock 被引量:2
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作者 刘建华 刘晓明 +1 位作者 张永杰 肖庭 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第10期4056-4063,共8页
The Jianpudong No. 4 tunnel is a shallow tunnel, which belongs to Shaoshan County scenic highway in Hunan province, China and whose surrounding rock is weak. According to its characteristics, the field monitoring test... The Jianpudong No. 4 tunnel is a shallow tunnel, which belongs to Shaoshan County scenic highway in Hunan province, China and whose surrounding rock is weak. According to its characteristics, the field monitoring tests and numerical analysis were done. The mechanical characteristics of shallow tunnels under weak surrounding rock and the stress-strain rule of surrounding rock and support were analyzed. The numerical analysis results show that the settlement caused by upper bench excavating accounts for 44% of the total settlement, and the settlement caused by tunnel upper bench supporting accounts for 56% of the total settlement. The maximum axial force of shotcrete lining is 177.2 k N, which locates in hance under the secondary lining. The maximum moment of shotcrete lining is 5.08 k N·m, which locates in the arch foot. The stress curve of steel arch has three obvious stages during the tunnel construction. The maximum axial force of steel arch is 297.4 k N, which locates in tunnel vault. The axial forces of steel arch are respectively 23.5 k N and-21.8 k N, which is influenced by eccentric compression of shallow tunnel and locates in hance. The results show that there is larger earth pressure in tunnel vault which is most unfavorable position of steel arch. Therefore, the advance support should be strengthened in tunnel vault during construction process. 展开更多
关键词 tunnel engineering shallow tunnel weak surrounding rock numerical analysis field monitoring tests
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上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工力学效应研究 被引量:2
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作者 麻凤海 张雨 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期52-61,共10页
为研究上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工的力学效应,以大连地铁4号线东南山站为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,运用MIDAS-GTS/NX有限元软件,研究地铁车站拱盖法施工全程的围岩变形及稳定性并与现场实测数据对比... 为研究上软下硬地层大跨暗挖地铁车站拱盖法施工的力学效应,以大连地铁4号线东南山站为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,运用MIDAS-GTS/NX有限元软件,研究地铁车站拱盖法施工全程的围岩变形及稳定性并与现场实测数据对比分析。研究结果表明:地表沉降由车站中线向两侧逐渐递减,影响区域约为车站开挖跨度的2倍;围岩变形和应力具有明显对称性,拱部围岩以沉降为主,高边墙以隆起为主,拱部跨中向隧道净空入侵,大拱脚向围岩入侵;围岩最大主应力均为压应力,拱脚尖角部位存在应力集中现象;围岩塑性区作用位置随车站施工不断变化,最终集中作用于高边墙位置处;通过Peck公式预测地表沉降,验证在上软下硬地层中采用拱盖法施工的可行性,为实际工程施工提供参考。 展开更多
关键词 暗挖地铁车站 拱盖法施工 围岩变形 Peck沉降预测 围岩塑性区 围岩最大主应力
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考虑轴向应力作用的巷道偏应力分布与破坏特征关系 被引量:1
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作者 刘洪涛 韩子俊 +5 位作者 陈子晗 郭林峰 梁嘉璐 韩洲 刘勤裕 姬越 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期824-844,共21页
通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律... 通过理论分析建立了考虑巷道轴向应力影响的全平面应变问题三维模型,推导了三维应力场下巷道围岩第二不变偏应力J_(2)隐式解析解,分析了巷道围岩在弹性状态和塑性状态时不同水平侧压和轴向侧压应力环境下的J_(2)分布大小及形态演化规律。基于Kastner求解法得出了三维应力场下的巷道围岩塑性区边界隐式解,并运用数学与数值分析方法研究了不同应力条件下巷道围岩塑性区分布特征。建立了第二不变偏应力J_(2)与围岩塑性区形态的相互对应关系,揭示了巷道围岩的变形破坏机制。以寸草塔二矿31205工作面回风巷为工程背景,对叠加采动作用下的巷道围岩J_(2)及塑性区分布特征展开研究,量化了非对称变形破坏特征,寻求了支护阻力与J_(2)的相互作用关系,提出了叠加采动巷道的稳定性控制技术。研究结果表明:固定轴向侧压值变化水平侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态分布特征呈现“圆形−类椭圆形−类蝶形”的演化过程。固定水平侧压值变化轴向侧压值的情况下,J_(2)和塑性区形态保持不变。轴向应力的改变对塑性区形态的影响较小,但会对塑性区尺寸产生较大影响。巷道围岩J_(2)的集中程度越大,围岩的变形破坏程度越大,J_(2)的分布形态一定程度上决定了塑性区的破坏形态。31205回风巷在叠加采动影响下处于高偏应力J_(2)环境,且形成了向采空区一侧旋转的应力分布特征,致使巷道形成非对称大变形破坏。支护阻力的提高对巷道围岩的偏应力J_(2)的降低作用有限,仅依靠锚杆(索)无法完全对巷道围岩进行稳定控制。基于上述研究,提出了超前强力支架+锚杆(索)支护系统的组合控制技术,现场应用效果良好。 展开更多
关键词 巷道围岩控制 偏应力第二不变量J_(2) 塑性区形态 围岩破坏机制 重复采动
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渤海海峡跨海通道工程南段地应力特征与工程稳定性分析
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作者 乔二伟 马秀敏 +2 位作者 郭华林 孙尧 姜景捷 《地质力学学报》 北大核心 2025年第2期197-210,共14页
渤海海峡跨海通道工程是连接山东半岛与辽东半岛重要的海上交通主线工程,沿线地应力状态是工程设计和施工决策的重要参考依据。为了准确获得工程南段地区现今地应力特征及构造应力场分布特征,在烟台市蓬莱区西南北沟镇实施了300m以浅的... 渤海海峡跨海通道工程是连接山东半岛与辽东半岛重要的海上交通主线工程,沿线地应力状态是工程设计和施工决策的重要参考依据。为了准确获得工程南段地区现今地应力特征及构造应力场分布特征,在烟台市蓬莱区西南北沟镇实施了300m以浅的水压致裂法地应力测量。结果表明:测区主导应力为水平构造应力,与东北—华北应力区其他地区相比,应力值处于中等;随测量深度增加,最大水平主应力(S_(H))、最小水平主应力(S_(h))和垂向主应力(S_(v))均呈线性增大趋势;在测量深度范围内地壳浅表层应力结构以逆断型为主,即S_(H)>S_(h)>S_(v);实测S_(H)平均方位角为N75.3°E,与华北应力区的应力场方向一致,也与其震源机制解和GPS测量揭示的区域构造应力场方向基本一致。应用库仑摩擦滑动准则和此次测量数据,初步评估了渤海海峡跨海通道工程南段地区现今地应力积累水平及其对工程稳定性的影响,认为σ_(θ_(max))区域内应力积累总体水平相对较低,工程区域地壳相对稳定。依据岩爆危险程度综合判别准则/R_(c)讨论了通道区域地下隧道工程围岩岩爆的可能性,认为该工程地下隧道发生岩爆可能性很低,隧道围岩总体稳定。研究结果为渤海海峡跨海通道工程的设计、施工等方案的优选提供了科学依据,同时也可为区域活动断裂、地震地质、区域动力学等研究提供基础数据。 展开更多
关键词 渤海海峡 跨海通道工程 水压致裂法 地应力 围岩稳定性 构造应力场
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煤基固废泡沫充填材料性能及空巷群围岩控制
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作者 孙强 赵瑞 +2 位作者 周楠 高嘉良 袁辉 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期327-342,共16页
工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试... 工作面过空巷是煤矿井下生产过程中普遍面临的工程问题,空巷地质条件赋存复杂且密集时,易导致围岩失稳、支架空顶作业、支架漏底等问题,影响工作面安全高效生产。以鲍店煤矿5316综放工作面过空巷群为研究背景,采用理论分析、实验室测试、物理相似模拟及现场实测等方法,研究了水泥泡沫材料、粉煤灰泡沫材料及矸石泡沫材料性能及优势配比,工作面过空巷群围岩变形规律及控制效果。结果表明:发泡剂稀释倍数20倍、水灰质量比0.5、稳泡剂掺量为1%、发泡剂掺量1.0%、石膏掺量7%时,水泥泡沫充填材料28 d试样强度可达1.72 MPa;矸石粒径0~0.3 mm、掺量30%时,矸石泡沫充填材料28 d试样强度可达1.53 MPa;粉煤灰掺量30%时,粉煤灰泡沫充填材料28 d试样强度可达1.13 MPa。提出了以煤基固废泡沫材料充填、补强锚索与U型钢梁加强支护为主的空巷群围岩控制技术方法,并给出了煤基固废泡沫材料空巷充填技术原理及加强支护主要参数设计,通过物理相似模拟试验研究了不同层位空巷群围岩应力峰值变化范围为16.9~26.5 MPa,应力集中系数变化范围为1.61~2.53,同层空巷顶板最大下沉值介于300~400 mm,下伏空巷顶板最大下沉值介于200~300 mm,且空巷交叉处易产生应力集中,变形量较大。工作面开采期间空巷群围岩表面位移、煤岩体(充填体)应力、顶板离层及锚杆(索)载荷、支架工作阻力等现场监测数据显示,整体空巷围岩变形量控制效果较好,实现了工作面安全高效生产。 展开更多
关键词 空巷 泡沫充填材料 物理模拟 围岩变形 应力分布
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深埋隧洞中黏结型锚固系统的黏结性能研究
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作者 夏洪春 严滑钧 +3 位作者 朱训国 张传庆 郭利军 薛子钎 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期175-185,共11页
为研究深埋隧洞中黏结型锚固系统的黏结性能,保证深部隧道开挖安全,以锦屏二级水电站2#引水深埋隧洞的高应力条件为研究背景,采用数值模拟、试验和监测相结合的方法,研究隧洞开挖与锚杆拉拔过程中的黏结性能。研究结果表明:开挖后围岩... 为研究深埋隧洞中黏结型锚固系统的黏结性能,保证深部隧道开挖安全,以锦屏二级水电站2#引水深埋隧洞的高应力条件为研究背景,采用数值模拟、试验和监测相结合的方法,研究隧洞开挖与锚杆拉拔过程中的黏结性能。研究结果表明:开挖后围岩应力会发生重分布,围压总体上随开挖深度的增大而增大,围岩应力呈不均匀性,出现局部失稳现象;当围岩的强度增大时,黏结型锚杆的剪应力峰值随之增大,达到峰值后,剪应力的衰减幅度变大;锚杆的受力过程可分为弹性、塑性软化和完全滑移3个阶段,最终完全失效;当锚杆体-注浆体直径差为6~9 mm时,黏结性能最优。研究结果可为黏结型锚杆在深埋隧洞等地下工程中的应用提供参考。 展开更多
关键词 锚固系统 围岩 剪切应力 直径差 黏结性能 深埋隧洞
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基于循环推进算法的采煤工作面围岩温度场数值模拟研究
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作者 秦跃平 郭铭彦 +4 位作者 唐飞 刘强 张冀昕 侯浩楠 赵微 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期409-420,共12页
随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟... 随着浅部赋存煤炭资源的日益枯竭,深部开采已经成为煤炭资源开发的新常态。深部高温高湿的热环境将危害作业人员健康,增加机电设备故障率,极易引发井下安全事故。高温围岩作为采煤工作面的最主要热源之一,长期以来其散热量计算依赖于拟合经验式,缺乏科学合理的计算方法。基于傅里叶定律和能量守恒定律,建立了采煤工作面二维围岩温度场非稳态数学模型,运用有限体积法对模型进行了离散,提出了以坐标间断移动来模拟实际割煤进刀过程的循环推进新算法,显著提高了动态推进条件下高温采煤工作面围岩散热的计算精度。随后以单个节点为例详细介绍了循环推进算法流程,基于Visual Studio编程平台自主开发了数值解算程序,并结合工程背景开展了采煤工作面高温围岩温度场及散热规律的数值模拟研究与实测验证工作。结果表明:模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,平均相对误差为6.15%;在连续循环割煤过程中,围岩温度场呈现周期性变化特征;在一个循环周期内,各区域围岩散热强度在进刀循环开始时达到峰值,随后不稳定换热系数开始快速下降,且下降趋势逐渐减缓;传统的拟合经验式忽略了割煤循环过程中围岩散热强度随时间的改变,高估了围岩散热能力;在热害严重的采煤工作面,通过适当减缓进刀速度或采用截深更浅的采煤机刀头可有效减少围岩散热。 展开更多
关键词 采煤工作面 围岩散热 围岩温度场 循环推进算法 不稳定换热系数
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松辽盆地查干花次凹火山岩构造裂缝及应力场
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作者 朱建峰 张美华 +2 位作者 冷庆磊 刘玉虎 栾颖 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第3期745-757,共13页
研究火山岩构造裂缝的特征和成因,预测其分布规律,对指导火山岩气藏勘探具有重要意义。本文以松辽盆地查干花次凹火石岭组火山岩为目标,综合利用构造演化、岩心、成像测井、岩石物理实验和断层等资料,分析构造裂缝特征,明确其形成期次,... 研究火山岩构造裂缝的特征和成因,预测其分布规律,对指导火山岩气藏勘探具有重要意义。本文以松辽盆地查干花次凹火石岭组火山岩为目标,综合利用构造演化、岩心、成像测井、岩石物理实验和断层等资料,分析构造裂缝特征,明确其形成期次,并建立工区的三维地质模型,运用Petrel软件的地应力模块开展应力场模拟。研究表明:构造裂缝主要形成于断陷期与反转期,断陷期裂缝倾角高,多数被充填,主要为无效缝,反转期裂缝倾角低,部分被充填,主要为有效缝,反转期裂缝切割断陷期裂缝。反转期最大主应力为水平主应力,方向近东西向,最大应力值为114.5 MPa;断陷期最大主应力为垂向主应力,最大水平主应力方向近南北向。应力场模拟结果表明,现今最大水平主应力方向大致为东西向,与区域性挤压应力方向一致,断陷期最大水平主应力方向大致为南北向,应力方向与断层走向基本一致;地应力受断层的影响发生偏向,在断层分布密集的区域应力方向杂乱,在断层分布稀疏的区域应力方向与主应力方向基本一致,在断层的端部出现明显的应力集中现象。综合研究认为现今最大水平主应力值较高的区域发育有效缝,能改善储层渗流条件,应优选应力值较高和应力方向基本一致的区域进行钻探。 展开更多
关键词 构造裂缝 应力场 火山岩 构造期次 查干花次凹 松辽盆地
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深部高温巷道功能梯度隔热支护结构研究
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作者 张建俊 孙源骏 +5 位作者 郭良银 孙闯 费鸿禄 金淳哲 王猛 周琳力 《黄金科学技术》 北大核心 2025年第4期789-803,共15页
针对传统隔热材料在治理深部矿井高温热害问题时存在的强度低和支护效果差等缺陷,采用改性陶粒和纤维提升隔热混凝土材料强度,并基于功能梯度理论优化混凝土结构形式,构建功能梯度隔热支护结构,结合工程实际开展相似模型试验和数值模拟... 针对传统隔热材料在治理深部矿井高温热害问题时存在的强度低和支护效果差等缺陷,采用改性陶粒和纤维提升隔热混凝土材料强度,并基于功能梯度理论优化混凝土结构形式,构建功能梯度隔热支护结构,结合工程实际开展相似模型试验和数值模拟,分析隔热支护效果。研究结果表明:构建的“支护层+隔热层”功能梯度结构,可有效控制围岩变形和阻隔围岩散热,相比普通混凝土结构,围岩散热减少量提升了28.74%;随着隔热层厚度的增加,围岩调热圈半径缩小,当隔热层厚度为50 mm时达到阈值,围岩散热减小量提升了30.26%,与模型试验结果一致;隔热支护结构下,围岩应力状态和巷道塑性区形态较普通混凝土结构均无明显变化,仍为类圆形塑性区,支护效果良好;通过功效系数法综合分析围岩散热、围岩应力及巷道变形情况,确定支护层厚度为50 mm、隔热层厚度为50 mm时隔热支护综合效果最佳。 展开更多
关键词 功能梯度 隔热支护结构 隔热效果 围岩温度场 模型试验 数值模拟
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上覆采空区隧道注浆加固参数设计与应用
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作者 包龙生 刘德罡 +1 位作者 齐阳 吴凤元 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期385-394,共10页
针对隧道上覆采空区岩体引发冒顶、坍塌等工程安全问题,以本桓高速长梁子隧道上覆采空区为工程背景,通过数值模拟方法分析不同注浆加固范围和厚度对隧道围岩的影响。研究结果表明:上覆采空区改变了隧道围岩应力分布。与无采空区工况相比... 针对隧道上覆采空区岩体引发冒顶、坍塌等工程安全问题,以本桓高速长梁子隧道上覆采空区为工程背景,通过数值模拟方法分析不同注浆加固范围和厚度对隧道围岩的影响。研究结果表明:上覆采空区改变了隧道围岩应力分布。与无采空区工况相比,拱底隆起位移增加12.6%,拱脚收敛位移增加14.3%,拱顶沉降位移虽减少13.4%,但塑性区发展贯通的可能性增大。采用注浆加固可有效减小围岩变形。注浆范围为150°、注浆厚度为2 m时,加固效果最佳。加固后,拱底隆起、拱脚收敛和拱顶沉降位移分别下降33.2%、35.7%和36.1%,拱顶处主应力下降44.9%,塑性区范围显著缩小。研究结论为上覆采空区隧道的设计与施工提供依据。 展开更多
关键词 上覆采空区 隧道围岩 注浆加固 超前管棚 围岩变形 围岩应力
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极高地应力条件下光面爆破围岩损伤规律研究
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作者 黄永辉 占宇飞 +2 位作者 张洪波 李清林 阮迅 《振动与冲击》 北大核心 2025年第6期104-112,共9页
针对深埋隧道开挖过程中存在极高地应力的情况,为研究地应力对光面爆破围岩损伤产生的影响,采用基于ANSYS/LS-DYNA软件的数值模拟方法,通过结构化网格-有限元-粒子流耦合算法(structured mesh-finite element-particle flow coupling al... 针对深埋隧道开挖过程中存在极高地应力的情况,为研究地应力对光面爆破围岩损伤产生的影响,采用基于ANSYS/LS-DYNA软件的数值模拟方法,通过结构化网格-有限元-粒子流耦合算法(structured mesh-finite element-particle flow coupling algorithm,S-FEM-SPH)进行三维模拟。研究在双向等值地应力0~40 MPa条件下的光面爆破围岩损伤规律,研究结果表明:边帮和顶板处的围岩损伤度根据爆心距的变化分为水平直线阶段和反“S”型曲线下降阶段;在反“S”型曲线下降阶段,距离爆心距中间位置的围岩,损伤度随爆心距的下降速率大;地应力对边帮和顶板处的围岩损伤均有影响,但对边帮处围岩损伤的影响大于顶板处,当地应力大于20 MPa时影响更加明显;通过对比边帮和顶板处有效塑性应变和围岩损伤深度随地应力的变化规律,从而验证了围岩损伤深度随地应力增加呈现先减小后增大变化规律的正确性。 展开更多
关键词 数值模拟 光面爆破 极高地应力 围岩损伤 S-FEM-SPH算法
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高水平应力厚煤层巷道围岩变形机理及控制技术研究
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作者 霍丙杰 张海波 +3 位作者 吕华新 陈涛 张丞博 陈英震 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第9期3493-3503,共11页
为解决高水平应力场中孤岛工作面回采巷道在掘进过程中围岩大变形问题,以新疆生产建设兵团塔什店联合矿业有限责任公司8303孤岛工作面回采巷道为研究对象,采用试验研究、数值模拟和现场试验等研究方法,从煤层质地、顶板特征、应力环境... 为解决高水平应力场中孤岛工作面回采巷道在掘进过程中围岩大变形问题,以新疆生产建设兵团塔什店联合矿业有限责任公司8303孤岛工作面回采巷道为研究对象,采用试验研究、数值模拟和现场试验等研究方法,从煤层质地、顶板特征、应力环境和孤岛开采等方面综合分析巷道变形机理。针对8303工作面回采巷道的地质条件,通过改变巷道围岩煤体强度分析其对巷道变形的影响,确定煤体强度与巷道承载能力呈线性关系;分析复合顶板离层导致锚索支护失效进而造成顶板下沉甚至冒顶的影响效应;以水平应力大小和是否为孤岛开采环境为变量,揭示巷道变形随水平应力的变化情况,得到孤岛开采的工作面比单一工作面的巷道变形更剧烈的机理;建立巷道在复杂应力条件下的力学模型。基于巷道变形机理,提出“锚杆(索)+金属网+全巷道分段架棚支护+局部补强支护”的联合支护形式。工业性试验表明优化后的支护方案有效地控制了巷道变形,围岩稳定性显著提升。 展开更多
关键词 安全工程 高水平应力巷道 变形机理 数值模拟 围岩控制 全巷道分段架棚支护
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考虑冻胀率梯度的季冻区非等压隧道不均匀冻胀解析
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作者 李亮 陈嘉骏 赵炼恒 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期320-331,共12页
季冻区隧道在非等压应力作用下,由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害,为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明,寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融... 季冻区隧道在非等压应力作用下,由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害,为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明,寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融循环劣化引起的弹性模量和冻胀率的改变,依据围岩的不均匀冻胀特性,引入隧道温度场所形成的冻胀率径向梯度。采用复变函数映射双向非等压应力边界条件,进而提出一种季冻区非等压隧道的双重不均匀冻胀解析方法。将本文模型暂时退化后,得到了工程实例和现有理论的有效验证。参数分析表明:引入冻胀率梯度使得季冻区隧道的应力明显减小,且非等压应力作用下隧道在不同方位角的应力变化速率存在差异。随围岩不均匀冻胀特性的增强,引入冻胀率梯度所导致的隧道应力降低逐渐显著。随侧压力的增大,隧道的径向应力和环向应力提高,而隧道应力的峰值和变化速率在不同方位角的差异逐渐减小,且对隧道冻胀力的影响较小。冻融循环下,隧道在不同方位角的应力分布差异和应力变化速率大致相同,但引起的围岩劣化会导致隧道应力的增大,且隧道应力的增长幅度随冻融循环次数的增加而明显。研究成果可为季冻区非等压隧道的应力评估和抗冻设计提供理论指导。 展开更多
关键词 冻胀率梯度 围岩不均匀冻胀 冻融循环 非等压应力 季冻区隧道
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热流固耦合作用下干热岩地热井套管-水泥环胶结面应力场分析
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作者 赵新波 秦翊玮 +4 位作者 吕健 梁凯 何晓红 赵世军 张立松 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第5期66-78,共13页
干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、... 干热岩是一种新型清洁能源,对其开发利用,能够有效减少碳排放和缓解化石能源短缺问题。在所有井筒系统结构中,套管-水泥环胶结面是较为薄弱的结构,在热流固耦合作用下,套管-水泥环胶结面破裂机理尚不清楚。本文考虑套地层孔隙水压力、套管内注入水与地层之间温差所引起的热载荷、孔隙流体的热渗效应(T-O),建立干热岩地热井套管-胶结面-水泥环-地层组合体热流固耦合模型。通过拉普拉斯变换和逆变换,对模型进行求解,并与已公开发表的温度场数据和径向应力场数据进行比对验证。以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩井为工程背景,得到了井筒系统内各界面随时间发展的温度曲线和径向应力曲线,发现套管-水泥环胶结面处的温度在2.3 d左右降低到套管内壁温度,而径向应力开始有短暂的降低后增加,径向应力最小值为6.31 MPa。进一步分析胶结面的热流固耦合参数对干热岩地热井套管-胶结面界面径向应力的影响规律,结果表明:当胶结面的弹性模量、泊松比、T-O系数与水泥环的相应属性相近时,或者较低的地层温度和较小的胶结面孔隙率,均能减小套管-胶结面界面处的径向应力,因而更有利于套管-胶结面-水泥环-地层组合体的完整性。该结论对干热岩地热井保护井筒的完整性具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 干热岩地热井 热流固耦合 套管-水泥环胶结面 应力场 理论解
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