深埋高应力隧道软岩大变形开挖补偿控制研究

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作者 陶志刚 许闯 +2 位作者 李勇 王祥 王欢 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期86-97,共12页

随着中国西部地区隧道工程建设的蓬勃发展,深埋、高应力、高海拔隧道的软岩大变形灾害愈发严重,已经成为隧道灾害控制领域的研究重点和难点。位于横断山脉的大亮山公路隧道因其埋深大、断层多、突涌水、围岩强度低、地应力高等特点,隧... 随着中国西部地区隧道工程建设的蓬勃发展,深埋、高应力、高海拔隧道的软岩大变形灾害愈发严重,已经成为隧道灾害控制领域的研究重点和难点。位于横断山脉的大亮山公路隧道因其埋深大、断层多、突涌水、围岩强度低、地应力高等特点,隧道围岩大变形现象十分严重。为了探索这种类型隧道围岩大变形控制策略,提出了一种基于NPR材料的深埋隧道软岩大变形开挖补偿控制对策,为了验证其可行性和科学性,通过现场观测、室内物理模型试验与数值模拟进行深入研究。结果表明:NPR锚索可承受的最大动力冲击荷载为284.811 kN,抗冲击性能最高约为Q235锚杆的2倍,非线性吸能效果显著;NPR锚索开挖补偿控制体系能够有效调节围岩应力分布特征,及时为受开挖扰动的围岩提供补偿支护力,约束围岩塑性区扩展并吸收围岩释放的变形能;在正常与超载条件下,分别将软岩隧道围岩变形量控制在3 mm与5.8 mm以内,且无明显应力集中区域;NPR锚索开挖补偿支护体系可有效约束隧道围岩位移,最大水平位移量控制在3.35 mm以内,最大竖向位移量控制在15.21 mm以内。NPR锚索补偿开挖支护体系能够有效控制深埋高应力隧道软岩大变形灾害。 展开更多

关键词 NPR锚索 软岩隧道 大变形灾害 物理模型试验

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浅析煤矿建设工程安全监理工作的不足及建议

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作者 何勇 田焕志 《能源技术与管理》 2024年第3期21-25,共5页

煤矿建设工程安全监理工作对煤矿建设工程的安全高效作业具有重要的意义,但煤矿建设工程安全监理工作现阶段仍存在诸多问题。基于此,对煤矿建设工程实际监理工作中遇到的问题进行了总结归纳,从煤矿违规建设、安全管理、监理费用、监理... 煤矿建设工程安全监理工作对煤矿建设工程的安全高效作业具有重要的意义,但煤矿建设工程安全监理工作现阶段仍存在诸多问题。基于此,对煤矿建设工程实际监理工作中遇到的问题进行了总结归纳,从煤矿违规建设、安全管理、监理费用、监理人员以及监理法规等多个角度出发,提出了明确安全监理内容、严格把关、认真审核施工单位资质、保证施工质量加强安全监督管控、加强法律法规的建设、加强总监理工程师负责制等6点可增强煤矿建设工程安全监理工作效果的措施,以期能在未来煤矿建设过程中,有效地提升安全管理效果,在最大程度上优化煤矿企业的开采环境,为其稳健运营提供坚实的前提保障。 展开更多

关键词 安全监理 不足之处 煤矿建设 应对措施

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穿断层破碎带隧道围岩大变形控制双梯度注浆机制 被引量：2

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作者 陶志刚 孙吉浩 +3 位作者 曹振生 胡才 郭隆基 何满潮 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第6期1194-1213,I0023-I0042,共40页

近些年,中国西部大量深埋隧道工程因关键线路控制无法避让一些活动性断裂,常常在跨越断裂带范围内出现围岩大变形破坏现象,例如侵限、偏压、塌方、底鼓等灾害,严重影响隧道工程施工和运营的安全可持续发展。为了控制断层破碎带隧道围岩... 近些年,中国西部大量深埋隧道工程因关键线路控制无法避让一些活动性断裂,常常在跨越断裂带范围内出现围岩大变形破坏现象,例如侵限、偏压、塌方、底鼓等灾害,严重影响隧道工程施工和运营的安全可持续发展。为了控制断层破碎带隧道围岩大变形,隧道工程设计者和建设者采用了多种控制方案,例如超前注浆、多层钢拱架被动支护、锚杆索主动支护等,但是都因断层破碎带围岩强度过低而出现超前注浆诱发围岩拉裂破碎、主动支护锚杆锚固力不足等现象。为解决上述难题,首先,提出一种增强穿断层破碎带隧道围岩强度的双梯度注浆技术,建立双梯度注浆概念模型,构建3种双梯度注浆模式;然后,确定特定工况下注浆材料粒径梯度与注浆压力梯度的适配条件;最后,通过理论分析、物理模型试验和现场试验,探索双梯度注浆机制及其控制效果。研究结果表明:1)随着开挖步序的增加,穿断层破碎带隧道拱肩变形最大,构造应力对围岩稳定性影响较大。2)在双梯度注浆作用下,浆液扩散效果良好,围岩未出现大面积脱落破坏,隧道周围岩体应力分布均匀。3)双梯度注浆形成了坚硬交叉浆脉骨架,达到了应力补偿效果,将围岩变形量从原来的3 100 mm控制到278 mm以内,实现了“零换拱、零侵限、零突涌”的目标。 展开更多

关键词 隧道 断层破碎带 围岩大变形 双梯度注浆 开挖补偿法

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NPR锚索对跨断层软岩大变形隧道控制技术研究

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作者 陶志刚 林伟军 +3 位作者 李勇 孙滢滢 熊弋文 陈明亮 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第S01期113-123,共11页

为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程... 为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程中,隧道围岩也没有出现较大垮落和坍塌,NPR锚索对软岩隧道围岩有较好的支护效果。在加载完成后,NPR锚索对非断层处的隧道围岩最大位移约为14 mm,断层处的围岩最大位移约为21 mm,隧道区域所受应力分布的不规律性,导致隧道围岩出现挤压变形,位移曲线呈振荡状。在NPR锚索的支护下,围岩应力最大发生在左拱肩,围岩临空面3 cm处切应力最大(0.3 MPa),隧道未出现大规模的不对称破坏现象,隧道总体呈现出“小塌而不垮”,变形总体可控。 展开更多

关键词 断层隧道 软岩大变形 NPR锚索 物理模型试验

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不同沿空留巷开采工艺比选研究及工程应用 被引量：4

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作者 奚守仲 刘宇轩 +3 位作者 金宏宇 崔建博 赵俊鹏 唐家瑞 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期8-17,共10页

沿空留巷工艺决定着煤矿的回采效率及经济收益,以沙曲煤矿4303工作面为工程背景,对充填沿空留巷、切顶沿空留巷和充填体外切顶沿空留巷三种留巷工艺进行比选研究。首先,采用位移变分法对比分析了三种不同沿空留巷方式的顶板下沉量。其次... 沿空留巷工艺决定着煤矿的回采效率及经济收益,以沙曲煤矿4303工作面为工程背景,对充填沿空留巷、切顶沿空留巷和充填体外切顶沿空留巷三种留巷工艺进行比选研究。首先,采用位移变分法对比分析了三种不同沿空留巷方式的顶板下沉量。其次,运用FLAC^(3D)数值模拟软件建立了不同沿空留巷方式计算模型,分析了三种留巷方式下煤帮侧向支承应力及围岩变形规律。结果表明:(1)对于侧向支承应力:充填体外切顶沿空留巷<切顶沿空留巷<充填沿空留巷;(2)与充填沿空留巷相比,切顶沿空留巷的顶板下沉量与底鼓量分别降低了14.3%、16%,充填体外切顶沿空留巷的顶板下沉量与底鼓量分别降低了23.8%、12%;(3)对于留巷成本:充填沿空留巷和切顶沿空留巷相近,充填体外切顶沿空留巷成本最高。最后,将切顶沿空留巷在沙曲煤矿4303工作面进行了应用,取得了良好的应用效果。 展开更多

关键词 切顶卸压 沿空留巷 柔模充填 工程应用

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基于纳米划痕的陆相页岩纹层界面过渡区分布范围定量研究

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作者 杨柳 杨铎 何满潮 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期353-367,共15页

陆相页岩普遍发育黏土质、长英质及方解石质等不同组分的纹层,在水力压裂刺激页岩裂隙网格结构过程中,界面过渡区(interfacialtransitionzone,简称ITZ)的存在严重地影响了裂纹的扩展方向和形态。然而,目前缺乏针对页岩纹层ITZ分布范围... 陆相页岩普遍发育黏土质、长英质及方解石质等不同组分的纹层,在水力压裂刺激页岩裂隙网格结构过程中,界面过渡区(interfacialtransitionzone,简称ITZ)的存在严重地影响了裂纹的扩展方向和形态。然而,目前缺乏针对页岩纹层ITZ分布范围的有效量化方法。针对页岩微观力学参数曲线的离散特征,通过置信椭圆标定ITZ范围内的离散数据,使用线性拟合与置信椭圆交点的投影长度作为定量页岩纹层ITZ的新方法。借助扫描电子显微镜与矿物定量评价系统,获得页岩表面形貌和矿物分布情况,对划痕试验后矿物破坏形式进行分析。基于纳米划痕试验结果,通过断裂韧性确定了不同岩性矿物的分布长度,并将其与扫描电子显微镜识别结果进行对比。结果表明:伊利石等塑性矿物在划痕试验过程中呈现出碎屑在两侧堆积的破坏模式,而钠长石和石英等脆性矿物则呈现出锯齿状的破坏或点状的崩裂。由于ITZ的存在,扫描电子显微镜识别出的塑性矿物分布长度大于断裂韧性曲线的定量结果。摩擦系数法受到表面粗糙度的影响,拟合置信度较低,定量结果偏大。与摩擦系数法相比,断裂韧性法具有更高的数据连续性和拟合置信度,但是考虑因素较为单一。无量纲参数法综合考虑了断裂韧性、硬度、摩擦系数和划痕深度的影响,曲线离散度较低,拟合误差较小。相比于传统单个力学参数的识别手段,基于无量纲参数对ITZ分布范围的量化准确度有较大提升。 展开更多

关键词 陆相页岩 纳米划痕试验 破坏模式 量纲分析 界面过渡区

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深部采矿岩石力学进展 被引量：29

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作者 何满潮 武毅艺 +1 位作者 高玉兵 陶志刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期75-99,共25页

随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积... 随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题,论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展,主要包括:(1)提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法,进行了千米深井现场工程应用;(2)构建了深部“非均压建井”模式,研发了实现深井稳定提升的SAP系统,形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法;(3)研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统,揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性;(4)研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统,阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为;(5)提出了深部巷道开挖补偿支护理论,进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术;(6)研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统,提出了热害治理和热能资源化利用方法,建立了深部热害治理与热能综合利用系统(HEMS)。相关研究成果已在深部开采领域得以应用,可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。 展开更多

关键词 深部开采 岩石力学 110/N00工法 巷道变形 围岩控制 矿井热害

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岩爆机制及其控制 被引量：1

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作者 何满潮 李杰宇 +3 位作者 刘冬桥 陶志刚 胡杰 王炯 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第7期1321-1336,I0005-I0020,共32页

随着岩体工程向深部发展,开挖引发的围岩大变形和强冲击诱发的动力破坏日益严峻。岩爆作为深部地下工程中常见的一种强动力灾害,被称为岩土工程界的“癌症”,其具有突发性特点,难以有效预报及防治,严重地威胁着施工人员的安全和设备的... 随着岩体工程向深部发展,开挖引发的围岩大变形和强冲击诱发的动力破坏日益严峻。岩爆作为深部地下工程中常见的一种强动力灾害,被称为岩土工程界的“癌症”,其具有突发性特点,难以有效预报及防治,严重地威胁着施工人员的安全和设备的正常运行。通过对比岩石在真三轴卸荷和单轴压缩这2种应力路径下的储能差异,对岩爆多余能量机制进行探讨。首先,根据岩爆诱发机制的不同,将岩爆分为由应力集中导致的应变型岩爆和扰动诱发的冲击岩爆。然后,模拟开挖诱发的不同类型岩爆的应力路径进而在室内再现各种岩爆现象,并对其机制进行研究,自主研发3套真三轴岩爆模拟试验系统:第1代应变岩爆试验系统、第2代应变岩爆试验系统、冲击岩爆试验系统。同时,在实验室内成功模拟不同类型的岩爆:巷道应变岩爆、巷道交叉点应变岩爆、3个临空面矿柱应变岩爆、矿柱应变岩爆以及动荷载诱发的冲击岩爆。最后,为有效控制岩爆灾害,提出开挖补偿法,并研发具有负泊松比效应的宏观和微观NPR锚杆/索。工程实践证明,NPR锚杆/索能提供高预应力来补偿开挖造成的应力损失,同时具备良好的延展性和吸能效果,可为岩爆灾害的防治提供有效途径。 展开更多

关键词 岩爆机制 岩爆试验 多余能量 岩爆分类 岩爆控制 开挖补偿法 NPR锚杆/索

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极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究 被引量：3

9

作者 王琦 刘寄婷 +3 位作者 江贝 薛浩杰 高红科 蒋振华 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期18-33,共16页

极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过... 极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。 展开更多

关键词 极近距离煤层 定向切顶卸压 约束高强支护 力学模型 设计方法

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爆后岩石裂隙结构可视化及定量表征方法 被引量：2

10

作者 王雁冰 王兆阳 +1 位作者 付代睿 罗林 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1388-1402,共15页

爆后岩石破坏特征的定量表征一直是工程爆破领域急需解决的关键问题,爆后岩石裂纹萌生、扩展演化直至贯通的过程是导致岩石破裂的主要原因。为了研究被爆岩石内部裂纹扩展和断裂模式的演化过程,利用工业CT对爆后岩石进行扫描观测,通过... 爆后岩石破坏特征的定量表征一直是工程爆破领域急需解决的关键问题,爆后岩石裂纹萌生、扩展演化直至贯通的过程是导致岩石破裂的主要原因。为了研究被爆岩石内部裂纹扩展和断裂模式的演化过程,利用工业CT对爆后岩石进行扫描观测,通过图像堆栈矢量化处理构建岩石三维裂隙模型,并对裂纹结构特征参数进行统计分析,定量化表征岩石破坏程度及裂纹扩展情况。结合数值模拟分析爆炸冲击波压力的衰减规律,通过SEM电镜扫描试验研究爆破过程中不同位置岩石的微观形貌特征,对比断口元素成分变化与断裂模式的关联机制。研究结果表明:用等效球体方法对岩体内不同尺度裂隙结构进行统计分析,微裂隙数目多且分布均匀,主裂隙体积大且连通性较好。随着裂隙等效球体直径的增加,裂隙表面积和体积整体上呈上升趋势;三维重构裂隙结构中裂隙率可以表征岩石局部裂纹扩展特征,爆炸近区裂隙率和三维分形维数远大于爆炸中远区的裂隙率和分形维数,说明岩石破裂过程中裂隙扩展演化主要在此阶段进行;相较于爆炸中远区,爆炸近区冲击波压力峰值高且衰减速率慢,使得整个爆破过程岩石微观断裂模式变化较大,大致呈现出由沿晶断裂向穿晶断裂、脆性断裂向塑性破坏的方向进行,非金属元素质量的变化对于各阶段断裂模式转变具有显著影响,断裂模式转变区域非金属元素质量发生明显减小。随着爆破作用的减弱,岩石破裂逐渐趋于无序和紊乱,破裂时断口也不限于解理面和晶粒边界。 展开更多

关键词 爆破机理 工业CT扫描 三维重构 分形维数 扫描电子显微镜 能谱仪

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降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

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作者 陶志刚 史广诚 +1 位作者 杨晓杰 何满潮 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期573-583,共11页

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和... 为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理,并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明:孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步;NPR锚索力突降,边坡内部产生局部变形;PR锚索因无法承受大变形被拉断失效,而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能,促使边坡达到二次平衡状态;NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增,后突降”的变形-临滑动力学规律;现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律,提前7.5 h发出临滑预警. 展开更多

关键词 滑坡 降雨 NPR锚索 控制机理 监测预警

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降雨条件下含近水平弱层边坡的破坏机理物理模型试验研究

12

作者 陶志刚 许闯 +2 位作者 刘凇源 李勇 修可馨 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4671-4686,共16页

近年来,随着我国露天煤矿开采规模的不断扩大,露天矿区边坡的稳定性与安全性愈发受到关注。位于陈旗煤田的宝日希勒露天煤矿边坡具有岩石强度低、地层倾角小且含有软弱夹层等特点,在降雨条件下易发生严重的滑移破坏。为探究此类边坡在... 近年来,随着我国露天煤矿开采规模的不断扩大,露天矿区边坡的稳定性与安全性愈发受到关注。位于陈旗煤田的宝日希勒露天煤矿边坡具有岩石强度低、地层倾角小且含有软弱夹层等特点,在降雨条件下易发生严重的滑移破坏。为探究此类边坡在降雨条件下的破坏机理及NPR锚索支护体系对此类边坡的控制效果,利用模型试验与数值模拟进行研究。结果表明:①由现场破坏特征与模型试验结果可知,边坡破坏模式为降雨作用下弱层带发生破坏而造成边坡发生剪切—滑移,降雨入渗是诱发边坡发生破坏的主要因素,破坏分为初始变形、弱层破坏与整体破坏3个阶段,且由位移监测结果可知坡体裂缝最宽可达35 mm,说明边坡滑移破坏明显;②由数值模拟分析可知,在降雨条件下边坡变形量显著增加,在无锚固措施下其最大变形量可达40 cm。同时,在越靠近煤层位置,边坡剪切破坏塑性区的面积越大,在岩体沿软弱层滑移后,滑坡体出现大面积剪切破坏,这验证了边坡剪出滑移破坏的变形形式;③对比分析NPR锚索加固方案与PR锚索加固方案可知,NPR锚索的支护效果远优于PR锚索,NPR锚索支护下边坡最大位移减少17.6 cm,而PR锚索支护下边坡最大位移仅减少10.3 cm,且NPR锚索加固下边坡塑性破坏区基本消失,而PR锚索加固下边坡塑性破坏区仍存在且向坡体深处扩展,边坡存在滑坡隐患。研究探明了降雨条件下近水平弱层边坡的破坏机理,提出NPR锚索加固方案并验证其可行性,为相关边坡工程提供一定参考依据。 展开更多

关键词 近水平边坡 软弱夹层 降雨入渗 NPR锚索 物理模型试验 破坏机理

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香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究 被引量：1

13

作者 赵利鹏 李坚 +3 位作者 雷啸天 郭亚欣 王廷超 陶志刚 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第6期1294-1304,共11页

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,... 为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。 展开更多

关键词 深埋隧洞 输水隧洞 不良地质段 突泥涌水 软岩大变形 地面“L”型定向钻孔注浆

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基于特征选择的GS-KCV-XGBoost露天金属矿爆破块度预测模型

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作者 赵颖 岳中文 +3 位作者 薛克军 陈佳瑶 蒋昊洋 王鹏 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第6期168-177,共10页

为准确预测爆破块度,通过随机森林算法和皮尔逊相关性分析筛选出了影响爆破块度的关键因素,再输入到利用网格搜索法(GS)和K折交叉验证法(KCV)寻优处理后的极端梯度提升树(XGBoost)算法中,建立了一种基于特征选择的GS-KCV-XGBoost岩石爆... 为准确预测爆破块度,通过随机森林算法和皮尔逊相关性分析筛选出了影响爆破块度的关键因素,再输入到利用网格搜索法(GS)和K折交叉验证法(KCV)寻优处理后的极端梯度提升树(XGBoost)算法中,建立了一种基于特征选择的GS-KCV-XGBoost岩石爆破块度预测模型。研究结果表明:本模型比常见的随机森林回归模型、GS-XGB模型和GS-SVM模型预测效果更优,模型可靠性高,将本模型应用到实际工程中,得到的预测值和真实值相近,R^(2)为0.95、MAE为7.961、RMSE为13.596,能实现爆破块度的爆前预测,有较高的工程应用价值。 展开更多

关键词 爆破块度预测 极端梯度提升树 特征选择 网格搜索 K折交叉验证

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高应力巷道切缝补偿卸压技术方法及应用

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作者 张星宇 杨军 +3 位作者 高玉兵 薛浩杰 郭鹏飞 何满潮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4377-4389,共13页

随着煤矿地下开采深度及强度的增大,巷道矿压问题已然制约煤矿的安全高效发展。针对目前高应力巷道失稳难题,提出了巷道切缝补偿卸压技术方法。综合运用理论分析、数值模拟和现场试验手段,阐明了巷道切缝补偿卸压机制,解释了技术方法的... 随着煤矿地下开采深度及强度的增大,巷道矿压问题已然制约煤矿的安全高效发展。针对目前高应力巷道失稳难题,提出了巷道切缝补偿卸压技术方法。综合运用理论分析、数值模拟和现场试验手段,阐明了巷道切缝补偿卸压机制,解释了技术方法的关键技术参数及其应用。结果表明,面对矿井开采形成的动静荷载,巷道切缝补偿卸压技术方法并不强调对煤岩体的破碎以释放集中应力,而是综合利用顶板切缝和岩体碎胀作用,同时减小目标保护巷道的开采动静荷载,实现巷道主动卸压。在减弱开采动荷载方面,巷道切缝补偿卸压技术方法利用顶板切缝和岩体碎胀特性实现开采补偿,及时有效支撑上位顶板,弱化上位顶板动态加载效应,另结合切缝对动载应力传递的抑制作用,综合减弱开采动荷载;在降低开采静荷载方面,巷道切缝补偿卸压技术方法利用顶板切缝作用保护煤柱完整性,使其整体有效承载,并通过抑制采空区应力传递,综合降低开采静荷载。切缝角度和切缝长度是巷道切缝补偿卸压技术方法的关键技术参数,现场应用中可按所提理论要求设计切缝角度以保护切缝巷道顶板稳定,切缝长度设计则应使垮落碎胀岩体充满采空区。通过在典型高应力巷道的现场应用显示,巷道切缝补偿卸压技术方法有效降低了目标保护巷道所受的开采动静荷载,巷道稳定性明显改善。巷道切缝补偿卸压技术方法的提出与应用可为高应力巷道矿压防治提供切实可行的新方法及思路,助力现代化矿井安全高效开采。 展开更多

关键词 煤矿巷道 高应力 主动卸压 动静荷载 技术应用

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考虑真实颗粒形状的尾矿动力特性离散元研究

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作者 江春林 王光进 王琦 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2751-2762,共12页

土体材料由大量单个颗粒组成,颗粒形态对于土体的宏细观力学性质有直接的影响。通过显微观测,考虑颗粒形态效应,对尾矿颗粒进行一系列离散元模拟。通过CT扫描与图像处理技术,研究3组不同围压下真实颗粒试样与圆颗粒试样的液化特征。研... 土体材料由大量单个颗粒组成,颗粒形态对于土体的宏细观力学性质有直接的影响。通过显微观测,考虑颗粒形态效应,对尾矿颗粒进行一系列离散元模拟。通过CT扫描与图像处理技术,研究3组不同围压下真实颗粒试样与圆颗粒试样的液化特征。研究结果表明:尾粉砂颗粒多以粒状和片状形式存在,以边边接触和面面接触为主。离散元试样在液化时会出现“连通带”现象。在不同围压下,圆颗粒试样的动孔压表现为“快—平稳”,动应变发展均呈现“喇叭状”,而真实颗粒试样的动孔压则由低围压时的“快—平稳”变为高围压时的“快—平稳—慢”发展模式,动应变发展则由低围压时的“喇叭状”变为高围压时的“号角状”。2种试样所表现出的孔隙率、配位数与能量发展变化均有所不同。 展开更多

关键词 颗粒形状 显微观测 尾矿材料 力学性质 离散元模拟

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岩石结构面Grasselli二维粗糙度指标优化及其JRC估算

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作者 洪陈杰 翁寒倩 +3 位作者 王凯 黄曼 陶志刚 杜时贵 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1146-1154,共9页

采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的... 采用只考虑迎剪侧表观倾角而忽略内部起伏角的Grasselli二维形貌参数θ_(G)来估算结构面粗糙度系数JRC仍有待改进。从θ_(G)的物理意义出发,发现爬坡区内部凸起高度对粗糙度的贡献可表示为其在总爬坡水平距离上的坡角,所有爬坡区提供的坡角之和定义为结构面内部起伏体粗糙贡献,将结构面迎剪侧表观平均倾角θ_(G)和爬坡区内部平均坡角θ_(H)叠加,提出岩石结构面粗糙度新指标θ_(C)。通过获取十条标准JRC剖面线的θ_(C),分析其与JRC之间的关系,建立基于θ_(C)的JRC估算式。计算不同采样间距和不同采样方向下的新指标θ_(C),结果显示θ_(C)具有分形特征且能够反映结构面形貌各向异性。进一步将JRC估算式应用于JRC-JCS模型,通过对比已有研究得到的试验结果以及不同抗剪强度模型的预测效果,验证基于新指标θ_(C)估算的JRC可以准确预测结构面峰值抗剪强度。最后,对二维指标θ_(C)进行三维拓展,提出三维粗糙度新指标(θ_(C))_(3D),并通过结构面形貌各向异性表征验证了其合理性。 展开更多

关键词 岩石结构面 粗糙度 表观平均倾角 内部平均坡角 抗剪强度

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降雨条件下采场边坡变形机理及NPR锚索控制效果

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作者 王丰年 贺雁鹏 陶志刚 《西安科技大学学报》 北大核心 2024年第6期1127-1139,共13页

边坡存在的软弱夹层会导致边坡岩体性质变差,并且在不良地质情况时会导致坡体沿着软弱结构面产生滑移。以中国某露天矿区边坡为研究背景,通过现场地质调查,室内物理模型试验以及数值模拟的方法对采场边坡失稳机理及NPR锚索控制效果进行... 边坡存在的软弱夹层会导致边坡岩体性质变差,并且在不良地质情况时会导致坡体沿着软弱结构面产生滑移。以中国某露天矿区边坡为研究背景,通过现场地质调查,室内物理模型试验以及数值模拟的方法对采场边坡失稳机理及NPR锚索控制效果进行研究。结果表明:边坡后缘处以张裂缝和剪切裂缝为主,主要为L01和L08这2条主要裂缝,L01裂缝发育深度约为22~26 m,L08裂缝位于边坡坡顶与后缘交界处,裂缝全长233 m,存在边坡失稳的风险;降雨造成地表渗流,软弱夹层含水率为5%、10%、15%、20%时,边坡的滑动为厘米级,最大水平位移分别为14.9,18.9,21.9,18.5 cm,最大竖向位移分别为35.8,51.7,101.8,291.0 cm;渗流对坡面岩体影响明显,边坡产生滑动的风险较大;NPR锚索对滑动边坡具有很强的补偿力学效应,预紧力平均在300 kN左右,比传统锚索更具有抵抗围岩滑动的优势。NPR锚索对滑坡的补偿力学行为可以为其他边坡的治理提供科学依据。 展开更多

关键词 边坡 渗流 应力 应变 数值模拟 物理模型

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降雨条件下三级桥基岸坡-BFRP锚杆体系的协同变形机制研究

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作者 杨昊天 吴红刚 +2 位作者 韦洪 赖国泉 尹威江 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期267-276,共10页

为探讨降雨条件下三级桥基岸坡-玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,简称BFRP)杆体系的水文响应和协同变形机制,以实际工程案例为依托开展室内物理模型试验,测试得到了坡体含水率、土压力、锚杆轴力及应变响应数... 为探讨降雨条件下三级桥基岸坡-玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer,简称BFRP)杆体系的水文响应和协同变形机制,以实际工程案例为依托开展室内物理模型试验,测试得到了坡体含水率、土压力、锚杆轴力及应变响应数据。分析了边坡降雨-入渗-变形的阶段性演化规律及过程响应,提出了坡体“分级加固,兼顾整体与局部”原则的强度-渗流-变形综合防控措施。基于多属性响应数据系统,阐明了桥基岸坡-BFRP锚杆体系的协同变形机制。结果表明:降雨条件下桥基岸坡表现出由3级→2级→1级的变形演化趋势,1级边坡底部在积水软化、卸荷回弹和应力集中效应影响下更易发生累积性破坏。边坡张拉裂缝初步形成或扩展时,BFRP锚杆轴力呈受拉突增趋势,即边坡的阶段性变形特征与BFRP锚杆轴力的变化趋势较为吻合,该指标有望为降雨条件下边坡的变形监测提供可靠依据。BFRP锚杆的柔性加固性能可有效遏制降雨诱发的坡体变形,在此基础上应采取坡体排水和绿化护坡等措施对其进行补强加固。 展开更多

关键词 桥基岸坡 玄武岩纤维增强复合材料(BFRP) 协同变形机制 降雨条件

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雨水作用下缓倾角岩层露天煤矿凸边坡变形机理研究

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作者 张周爱 李新鹏 +2 位作者 缪卫峰 周志伟 史广诚 《中国矿业》 北大核心 2024年第S01期128-136,142,共10页

为了揭示强降雨作用下缓倾角岩层凸边坡剪切滑动破坏机理及其控制措施。本文以宝日希勒露天煤矿边坡为例,采用牛顿力现场监测和FLAC^(3D)三维数值模拟相结合的方法,研究冻融作用下缓倾角岩层凸边坡的内部牛顿力演化规律,分析强降雨作用... 为了揭示强降雨作用下缓倾角岩层凸边坡剪切滑动破坏机理及其控制措施。本文以宝日希勒露天煤矿边坡为例,采用牛顿力现场监测和FLAC^(3D)三维数值模拟相结合的方法,研究冻融作用下缓倾角岩层凸边坡的内部牛顿力演化规律,分析强降雨作用下无支护和高预应力锚索支护条件下凸边坡的变形规律和塑性区分布特征。研究结果表明:露天煤矿开采形成典型的凸边坡,凸边坡在局部应力集中和卸荷回弹变形共同作用下产生显著变形;在凸边坡解冻期,凸边坡北部边坡产生牛顿力降低,东部边坡产生牛顿力增加;在强降雨作用下,岩体容重增加,边坡内形成裂隙水压力,增加了边坡岩体的滑动力,同时煤层间碳质泥岩强度遇水弱化,形成缓倾角软弱结构面,从而导致边坡岩体沿软弱结构面的整体水平剪切滑动;高预应力锚索可以有效增加缓倾角边坡的整体性,减小由于降雨引起的边坡塑性变形。本文研究工作为后期宝日希勒露天煤矿凸边坡的变形控制和支护设计提供了依据。 展开更多

关键词 露天煤矿 凸边坡 软弱结构面 剪切滑动 数值模拟

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