深埋地下洞室局部让压效应及能量演化规律 被引量：2

1

作者 刘希亮 孙飞跃 +1 位作者 郭佳奇 武文龙 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期116-126,共11页

为了更大程度地降低岩爆所带来的动力灾害,基于岩爆能量原理,提出了隧道内壁或掌子面前方产生的应力集中现象为非均匀薄壁应力集中的概念,分析认为诱发岩爆的位置为应力集中且应力梯度较大处。以实际工程为依托,通过FISH语言编译计算代... 为了更大程度地降低岩爆所带来的动力灾害,基于岩爆能量原理,提出了隧道内壁或掌子面前方产生的应力集中现象为非均匀薄壁应力集中的概念,分析认为诱发岩爆的位置为应力集中且应力梯度较大处。以实际工程为依托,通过FISH语言编译计算代码对三维有限差分数值软件进行二次开发,系统地从围岩局部让压的角度研究深部地下洞室在动载作用下的能量演化规律以及钢架合理支护让压间距对洞室破坏形式和动态响应规律,研究表明:由于围岩的局部让压效应,对围岩的扰动减少,冲击波能量在掌子面处被吸收和反射,导致动力响应减弱,使动力荷载有所消减。洞室开挖后,围岩在破坏初期首先出现张拉破坏而后以剪切破坏为主,剩余弹性应变能以动能形式向外剧烈释放,发生岩爆现象的部位与岩体最大主应力方向具有直接关系。 展开更多

关键词 深埋洞室 局部让压效应 能量演化 岩爆 数值模拟

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砂土介质注浆扩散规律试验研究 被引量：1

2

作者 余永强 张程鑫 +3 位作者 张纪云 范利丹 唐金召 苏洲虎 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第7期66-74,共9页

为研究超细水泥浆液在砂土中的扩散规律,以赵固一矿西翼进风巷围岩加固为研究背景,设计了一套砂土注浆试验装置,运用正交设计法开展了多组砂土注浆试验,分析了单位时间流量、水灰比、砂土渗透系数等因素对浆液扩散体积和注浆量的敏感性... 为研究超细水泥浆液在砂土中的扩散规律,以赵固一矿西翼进风巷围岩加固为研究背景,设计了一套砂土注浆试验装置,运用正交设计法开展了多组砂土注浆试验,分析了单位时间流量、水灰比、砂土渗透系数等因素对浆液扩散体积和注浆量的敏感性及影响,系统讨论了不同渗透系数条件下,随注浆流量和水灰比变化浆液结石体形状的变化规律。研究结果表明:浆液扩散范围的影响因素主次排序为单位时间流量、水灰比、渗透系数,影响注浆量因素的主次顺序与浆液扩散体积的影响因素一致。发现单位时间流量、水灰比和渗透系数对浆液扩散体积和注浆量的影响并非呈线性关系,而是呈多元幂函数关系,构建了对应的浆液扩散体积和注浆量求解式,并对影响浆液扩散体积和注浆量的参数进行了回归分析。在渗透系数较大的砂土中,浆液以渗透注浆为主,结石体形状呈规则的圆球状,注浆流量和水灰比增大对结石体积影响显著。随着砂土渗透系数减小,结石体形状沿薄弱面发展,即由沿四周的均匀渗透扩散向沿薄弱面发展的劈裂注浆,注浆流量增大和水灰比减小对劈裂注浆有积极作用。研究结果可为松散砂土环境下地下工程注浆设计和施工提供参考。 展开更多

关键词 砂土介质 注浆加固 正交试验 回归分析 扩散规律

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夯实矸石压缩-固结蠕变成岩过程及等价采高模型分析

3

作者 许磊 王思雨 +4 位作者 ELMO Davide 丁书学 刘洪林 李文峰 洪紫杰 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第6期27-37,共11页

目的为了研究被夯实矸石压缩-固结蠕变成岩过程及其等价采高模型,方法以亭南煤业公司1102矸石充填工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内试验、现场实测等方法进行研究。结果结果表明:矸石充填工作面最大控顶距=端面距+截割深... 目的为了研究被夯实矸石压缩-固结蠕变成岩过程及其等价采高模型,方法以亭南煤业公司1102矸石充填工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内试验、现场实测等方法进行研究。结果结果表明:矸石充填工作面最大控顶距=端面距+截割深度+顶梁长度+架后触矸距离;顶板回转下沉量等于最大控顶距乘以支架后倾角度正弦值;架后可充填空间高度等于采高减去顶板回转下沉量、欠接顶量、架后底鼓量。被夯实矸石在可充填空间内压缩-固结蠕变成岩的4个阶段及可充压缩率分别为骨架调整段(7.42%),缓慢压缩段(5.39%),固结沉降段(0.34%),蠕变成岩段(12.38%)。由该等价采高模型可知,1102工作面4阶段等价采高为骨架调整段0.94 m,缓慢压缩段1.10 m,固结沉降段1.11 m,蠕变成岩段1.48 m。结论通过概率积分法预测、数值模拟和沉陷观测对比可知,1102工作面走向和倾向主断面地表下沉曲线均为碗形。前两阶段地表下沉曲线平缓,后两阶段地表下沉曲线陡峭。 展开更多

关键词 矸石充填 等价采高 矸石压实 固结成岩

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基于NMR技术的玄武岩纤维喷射混凝土韧性演化规律 被引量：17

4

作者 焦华喆 韩振宇 +2 位作者 陈新明 杨亦轩 王云飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期2990-2998,共9页

随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与抑制围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)... 随着煤矿开采深度的增加,普通喷射混凝土支护结构易开裂脱落。玄武岩纤维(BF)的加入可以有效地提升喷射混凝土韧性与抑制围岩变形的能力。通过弯曲韧性试验研究了BF对玄武岩纤维喷射混凝土(BFRS)韧性的影响规律,通过核磁共振试验(NMR)研究了孔隙分布对BFRS韧性的影响,并进行了井下现场支护试验。结果表明:BF掺入后,BFRS 7 d与28 d试块抗弯强度分别提高了9.8%,6.8%,且BF对早龄期抗弯强度提升效果更为明显;分别采用DBV与JSCE标准对BFRS韧性进行评价,实验发现最优纤维掺量为4.5 kg/m^3,此时D1^f和D2^f分别为29.5 N·m和57.9 N·m,试件弯曲韧性比同时达到最大值0.875;对比可知,DBV多值韧性标准更适合评价BFRS抗弯韧性。通过NMR试验发现纤维掺量对BFRS孔隙结构影响较大,纤维掺量达到3 kg/m^3时,BFRS大孔径孔隙占比仅为0.25%,当纤维掺量超过临界掺量4.5 kg/m^3,BFRS大孔径孔隙占比增加,喷射混凝土基体内部缺陷增多,韧性降低。进行井下支护试验发现BFRS抑制变形能力优于普通喷射混凝土,其中纤维掺量为4.5 kg/m^3时,支护段巷道35 d收敛位移最小,仅为0.21 mm,此时支护效果最好。分布在BFRS基体内部的纤维可以形成稳定的三维承力结构,有效改善BFRS基体内部孔隙结构,增加BFRS韧性,提高被支护巷道抗变形能力。高韧性BFRS可以有效地满足深部大变形巷道支护要求,达到“变形不开裂,开裂不掉落”的效果。 展开更多

关键词 玄武岩纤维 喷射混凝土 韧性 核磁共振 孔隙结构

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冲击荷载下煤系砂岩应变率效应及能量耗散特征 被引量：28

5

作者 余永强 张文龙 +3 位作者 范利丹 龚健 杨蒙 孙亮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2281-2293,共13页

在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以河南陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲... 在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以河南陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲击压缩试验和循环冲击压缩试验,对冲击荷载作用下煤矿砂岩的应变率效应、能量耗散特征和破坏模式等进行分析。研究结果表明:在单轴单次冲击荷载作用下,随着平均应变率的增加,砂岩试样的峰值应力和峰值应变均增大,割线模量逐渐降低,砂岩试样的塑性增加,强度提高;且峰值应变与平均应变率呈线性递增关系,峰值应力近似与平均应变率的1/3次幂呈递增关系;随着平均应变率的增加,砂岩试样的单位体积吸收能呈线性增加趋势,且试样破碎程度不断增大,在压应力持续作用下砂岩试样内部裂纹不断交叉扩展,沿轴向发生劈裂破坏。在循环冲击荷载作用下,随冲击荷载作用次数的增加,砂岩试样的平均应变率和峰值应变均逐渐增大,峰值应力、割线模量和第2类割线模量均随着冲击次数的增加而逐渐降低;在固定冲击气压下进行循环冲击时,随着冲击次数的增加,入射能基本保持不变,反射能和吸收能均逐渐增大,透射能逐渐减小,砂岩试样的单位体积吸收能随冲击次数增加呈先缓慢增加后突然增加的趋势;在循环冲击荷载作用下,砂岩试样吸收能量的能力增强,随着冲击次数的不断增加,试样内部微裂纹分布增多且扩展速度加快,主要发生受拉破坏,沿轴向加载方向产生贯穿于砂岩试样的环状破坏面。 展开更多

关键词 煤系砂岩 分离式霍普金森压杆 能量耗散 应变率 破坏模式

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高温富水环境下裂隙岩体注浆试验装置研制及浆液扩散规律 被引量：9

6

作者 余永强 张纪云 +4 位作者 范利丹 王树仁 徐峰 杨杰 任连伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2582-2592,共11页

为研究隧道工程高温裂隙岩体注浆浆液的扩散规律,以大瑞铁路高黎贡山隧道破碎围岩为研究对象,研制了一套高温富水环境下破碎岩体注浆的试验装置。以粒径2~5 mm的堆积岩块模拟破碎地层,通过对试验装置施加反向作用力实现模拟地层压缩变形... 为研究隧道工程高温裂隙岩体注浆浆液的扩散规律,以大瑞铁路高黎贡山隧道破碎围岩为研究对象,研制了一套高温富水环境下破碎岩体注浆的试验装置。以粒径2~5 mm的堆积岩块模拟破碎地层,通过对试验装置施加反向作用力实现模拟地层压缩变形,使各组试验的地层孔隙率误差控制在0.5%以内。运用均匀设计法构建开展了多组裂隙注浆试验,分析了地层温度、单位时间流量、水灰比等因素对浆液扩散规律的敏感性,系统讨论了地层温度作用下,随单位时间注浆流量变化浆液结石体形状的变化规律。研究结果表明:研制的试验装置可满足高温富水环境下裂隙岩体的注浆试验,模拟破碎地层压缩变形量和孔隙率的试验值与理论值的误差均小于0.1%,能够实现高温水的循环与恒温作用时间控制,验证了模型的合理性。发现地层温度、水灰比和注浆流量对扩散范围的影响并非线性关系,而是多元幂函数关系,构建了对应的浆液扩散范围求解式,并对影响浆液扩散范围的参数进行单因素和多因素分析。本试验条件影响浆液扩散范围的主要因素是单位时间流量,地层温度最小,水灰比居中,且水灰比和地层温度对浆液扩散范围的影响差距不大。浆液的扩散形式以充填压密为主,随单位时间流量从小到大变化,结石体形状从饼状逐渐过渡到锥形体,再到类似圆球车阻石的形状,随流量的增大球体直径的增幅大于饼状结构直径,最后,近似呈完整球形结构。 展开更多

关键词 注浆装置 浆液扩散 高温富水 裂隙岩体 模型验证

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偏高岭土提高水泥基注浆材料在高地温隧道工程中的适应性 被引量：7

7

作者 范利丹 孙亮 +2 位作者 余永强 张纪云 郭佳奇 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期101-108,共8页

为提高水泥基注浆材料在高地温隧道工程的适应性,通过在室内模拟相应温湿度环境,研究了偏高岭土水泥基注浆材料的基本物理性能、力学性能以及隔热性。研究表明:温度升高、偏高岭土掺量增加、水胶比减小都会降低浆液析水率、增大浆液的黏... 为提高水泥基注浆材料在高地温隧道工程的适应性,通过在室内模拟相应温湿度环境,研究了偏高岭土水泥基注浆材料的基本物理性能、力学性能以及隔热性。研究表明:温度升高、偏高岭土掺量增加、水胶比减小都会降低浆液析水率、增大浆液的黏度,在较小水胶比时温度对析水率的影响不明显,但温度和水胶比对浆液黏度的影响显著;浆液凝结时间随温度升高而缩短,水胶比为0.8的浆液在温度高于20℃时,凝结时间随偏高岭土掺量增加不断缩短,对水胶比为1.0的浆液,高温和较低温度下偏高岭土掺量对凝结时间的影响趋势各不同;养护温度达到50℃时,浆液结石体中后期抗压强度出现倒缩;抗压强度随偏高岭土掺量增加先增大后减小,在40℃养护下最佳掺量为8%时,抗压强度最大提高32.2%;随养护温度升高,源于偏高岭土的结石体增强因子先增大后减小,在50℃时达到最高值0.4;浆液胶结强度在30℃时达最高值23.8 MPa;结石体导热系数与养护温度呈线性负相关,偏高岭土的掺加可降低结石体导热系数。 展开更多

关键词 高地温 偏高岭土 水泥基注浆材料 养护温度 导热系数

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不同截面管廊在燃气爆炸作用下的动力响应分析 被引量：11

8

作者 刘希亮 李烨 +1 位作者 王新宇 郭佳奇 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1111-1115,1260,共6页

为研究不同形状地下管廊内燃气爆炸冲击波的传播规律,利用LS-DYNA动力有限元软件,基于流固耦合算法,对燃气爆炸在地下管廊内的传播过程进行了数值模拟;分析了爆炸冲击波在两种管廊内的传播规律以及管廊结构的动力响应规律。结果表明:在... 为研究不同形状地下管廊内燃气爆炸冲击波的传播规律,利用LS-DYNA动力有限元软件,基于流固耦合算法,对燃气爆炸在地下管廊内的传播过程进行了数值模拟;分析了爆炸冲击波在两种管廊内的传播规律以及管廊结构的动力响应规律。结果表明:在整个爆炸过程中,圆形管廊受压较为均匀,但圆形管廊爆源附近出现正负压变化,使波阵面内部形成负压区,而方形管廊正负压变化不明显;方形管廊结构的转角处,速度值和位移值都比较小,但受到的压力最大,在实际工程中,应加强此处结构的保护。与爆源水平距离最近的圆形截面管廊上测点的超压峰值、振荡幅度和残余变形都远低于方形截面管廊测点;但与方形截面管廊测点相比,圆形截面管廊测点的速度方向改变较为频繁,容易造成结构的振荡,导致结构发生失稳破坏。 展开更多

关键词 地下管廊 爆炸冲击波 流固耦合 动力响应 超压

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定向断裂控制爆破技术在巷道掘进中应用研究 被引量：10

9

作者 余永强 余雳伟 +2 位作者 范利丹 徐峰 周桂杰 《爆破》 CSCD 北大核心 2022年第1期61-67,94,共8页

在煤矿巷道掘进中,普通光面爆破技术存在着围岩表面超挖、欠挖、严重破坏等现象,后期支护难度大,维护成本高。在定向断裂控制爆破技术机理分析的基础上,提出了周边眼切缝药包定向断裂控制技术,进行了切缝药包爆破和普通药包爆破的工程... 在煤矿巷道掘进中,普通光面爆破技术存在着围岩表面超挖、欠挖、严重破坏等现象,后期支护难度大,维护成本高。在定向断裂控制爆破技术机理分析的基础上,提出了周边眼切缝药包定向断裂控制技术,进行了切缝药包爆破和普通药包爆破的工程应用对比研究。试验结果表明:采用外径38 mm、内径36 mm,切缝宽度4 mm、切缝长度600 mm的PVC管作为切缝管进行切缝药包定向断裂控制爆破,其爆破效果较好。切缝药包爆破改善了巷道断面平整度,开挖轮廓平滑,提高了半孔率,最大值为90%。爆破完巷道轮廓成形好,有效控制了超挖量,平均线性超挖量为0.171 m,降低了0.238 m。切缝药包爆破增加周边眼眼距,节约每立方米炸药用量25%,每循环进尺可减少炸药用量约20 kg,减弱了爆破震动。定向断裂控制爆破有效降低了对围岩体的损伤,增加了围岩的稳定性,取得了较为理想的爆破效果。 展开更多

关键词 巷道掘进 切缝药包 定向断裂 控制爆破 复式楔形掏槽

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三维动静组合加载下石灰岩力学特性研究 被引量：7

10

作者 余永强 余雳伟 +2 位作者 范利丹 徐峰 周桂杰 《金属矿山》 CAS 北大核心 2022年第11期84-91,共8页

深部岩体处于“三高一扰动”的复杂环境中,为研究巷道掘进过程中冲击荷载对巷道围岩的影响,以石灰岩为研究对象,通过河南理工大学改进的SHPB动静组合加载试验装置,开展三维动静组合加载下的石灰岩力学特性研究。选取典型的轴压梯度(8、1... 深部岩体处于“三高一扰动”的复杂环境中,为研究巷道掘进过程中冲击荷载对巷道围岩的影响,以石灰岩为研究对象,通过河南理工大学改进的SHPB动静组合加载试验装置,开展三维动静组合加载下的石灰岩力学特性研究。选取典型的轴压梯度(8、15、16、17 MPa)和围压梯度(1、2、3、5、7 MPa),开展冲击气压梯度(0.5、0.6、0.8、1.0 MPa)的三维组合加载试验。研究表明:在三维动静组合加载下,石灰岩峰值应变增大,吸收能也随之增大,峰值达到87.7 W/J时,约为入射能的60%,试件破碎程度最为明显,呈现实验室“岩爆”趋势;反射能、透射能、吸收能随入射能的增加呈线性增长,反射能、透射能、吸收能、入射能和单位体积吸收能随平均应变率的增加呈二次函数增长。此外,在轴压、围压不变时,随冲击气压的增加,应力—应变曲线分为4个阶段,在达到应变峰值时,出现回弹现象,即试件的变形达到峰值应变后应变又开始减小;围压与气压保持不变,轴压变化时试件应力—应变曲线的变化规律与轴压、围压不变时冲击气压的应力—应变曲线的变化规律基本吻合;不同围压下岩石的破坏形态主要为拉伸破坏和压剪破坏。 展开更多

关键词 三维动静组合 力学特性 能量耗散 应力—应变

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超深厚冲积层立井冻结爆破快速掘砌施工技术 被引量：5

11

作者 于建新 郭敏 +3 位作者 张英才 曾凡伟 张道海 曾鹏 《煤炭工程》 北大核心 2019年第11期33-37,共5页

以赵固二矿西风井工程为背景,从冻结方案设计、钻爆施工、装岩提升与排矸、井壁浇筑、施工组织及监控量测等方面,详细阐述了超深厚表土层冻结爆破快速掘砌施工技术。现场采用多圈冻结管对深厚表土进行冻结,实现不同地质条件下冻结温度... 以赵固二矿西风井工程为背景,从冻结方案设计、钻爆施工、装岩提升与排矸、井壁浇筑、施工组织及监控量测等方面,详细阐述了超深厚表土层冻结爆破快速掘砌施工技术。现场采用多圈冻结管对深厚表土进行冻结,实现不同地质条件下冻结温度的动态调控,为爆破掘进提供最恰当的冻土条件;不断优化爆破方案,辅以振速安全监控,实现冻土爆破的快速进尺与良好的爆破效果;根据土压力与工程结构受力情况,适时调整混凝土强度等级,保证竖井的稳定性;采取项目部管理法,以工程安全质量为前提,实现工程最短施工时间,达到最优经济效益;外壁施工采用"滚班制",内壁施工采用"三班制"的作业制度,实现了深大竖井的快速掘进。 展开更多

关键词 深大立井 冻结法 冻土爆破 快速施工

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冲击荷载及不同应力状态下炭质泥岩能量耗散影响程度及破坏形态研究 被引量：2

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作者 张文康 余永强 +4 位作者 杨蒙 范利丹 龚健 周桂杰 任连伟 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第9期6-13,共8页

为研究岩石受冲击荷载及岩石所处不同应力状态条件下其各能量变化特性,对炭质泥岩进行SHPB、一维及三维动静组合试验,研究冲击荷载下岩石处于不同应力状态时破坏形态与吸收能大小之间的关系,分析不同应力状态与其所对应岩石的破坏程度规... 为研究岩石受冲击荷载及岩石所处不同应力状态条件下其各能量变化特性,对炭质泥岩进行SHPB、一维及三维动静组合试验,研究冲击荷载下岩石处于不同应力状态时破坏形态与吸收能大小之间的关系,分析不同应力状态与其所对应岩石的破坏程度规律,研究相同应力状态下,冲击荷载与各能量及吸收能表征值关系,分析相同冲击荷载下,轴压、围压与各能量及吸收能表征值的影响规律,轴围压比值、差值与各能量及吸收能表征值关系,并定义敏感因子Q为轴压、围压与各吸收能表征值拟合函数一阶导函数为其对岩石吸收能的影响程度,探究轴压与围压对吸收能的影响程度规律。 展开更多

关键词 SHPB 能量耗散 应力状态 破坏形态 炭质泥岩

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