摘要：以相似理论为基础,确定模型试验的相似比,然后按照相似比的要求选定相似材料,建立试验所需的土钉墙物理模型。设计合理的测试系统、加载系统模拟基坑开挖、土钉墙支护及降雨过程。测试整个试验过程中的土钉墙的墙顶水平位移、土钉内力、土压力等。试验结果表明,基坑开挖引起土体应力重新分布是影响土钉墙墙顶水平位移变化的主要因素,且每步开挖均都会引起墙顶水平位移呈台阶式增大,在土钉墙的施工阶段墙顶最终水平位移达基坑开挖深度的2.3‰;在墙顶的均布荷载不是很大的情况下,墙顶水平位移会随荷载的增大近似呈线性增大,且降雨是引起粉质黏土基坑位移的重要因素;基坑开挖过程中,墙侧土压力呈现先增大后减小再逐渐增加的变化规律;随基坑开挖深度增加,土钉受力逐渐由尾部向内部发展。

摘要：研究煤岩在不同加载模式与不同加载速率下采动力学响应及破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。基于塔山煤样,先后设计与开展了单轴拉伸与压缩、常规三轴及采动力学试验。获得了不同加载模式下煤样的力学特征参量和变形破坏特性。进一步对比分析了常规三轴试验与采动力学试验煤样变形特征的差异。得到煤样破坏前吸收能量密度随着轴向加载速率的关系,揭示了应力偏量是造成试样破坏强度和吸收能量密度提高的原因,是破坏产生的本质原因,但其受控于围压的临界值,及煤样损伤发生具有的时间效应。建立了采动力学条件下考虑加卸载过程中材料损伤的煤岩黏弹性模型屈服准则,包含有效体积应力的影响、应力差的影响、轴向加载速率的影响及围压卸载速率的影响,新的黏弹性模型屈服准则可以很好地解释加卸载速率引起的材料屈服强度变化。

摘要：查干淖尔矿主斜井泥岩段围岩变形量大,速度快,巷道支护困难,结合主斜井泥岩段膨胀性软岩的工程地质条件和围岩变形特征,并结合主斜井泥岩段的巷道围岩变形特点,设计了高强度钢管混凝土支架支护方案,其中,巷道断面采用马蹄形,钢管混凝土支架主体钢管选用194 mm×10 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助金属网支护和混凝土喷层支护。通过数值分析可知,主斜井泥岩段开挖后及时施加钢管混凝土支架支护方案,钢管混凝土支架承载能力大,能够提供强大的支护反力,限制巷道围岩向巷道空间的移动,保证巷道围岩稳定和支护结构可靠。通过巷道施工和现场监测分析可知,大断面软岩巷道高强度快速支护方案易于施工,能够维持主斜井泥岩段软岩巷道围岩的稳定。

摘要：采用折减刚度法分析了钢板-混凝土组合板在受弯状态下交界面的滑移情况,建立了界面剪力关于剪跨段长度的函数,进而推导了跨中一点加载和两点加载情况下组合板跨中挠度的计算式.此外,将钢板-混凝土组合板看作是底部纵向受拉钢筋锚固在底面的混凝土结构,基于钢筋混凝土梁的抗弯刚度计算式,并采用修正的折减钢板宽度系数法近似考虑钢板与混凝土滑移的影响,得到了组合板抗弯刚度计算式,进而利用材料力学公式进一步计算组合板跨中挠度.将这2种方法的计算结果与4组共9块简支组合板的试验结果进行对比,发现计算结果与试验结果吻合良好,2种方法均可用于计算钢板-混凝土组合板跨中挠度,且第2种方法具有一定的安全储备,方便实际工程的设计应用.

摘要：基于吸能防冲的理念,设计了一种由玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforced polymer, GFRP)顶底板和三角锥点阵夹芯层(芯杆为LY160低屈服点钢)组成的复合夹芯组合板,它可与金属支架结合形成两级吸能防冲支护体系。测试并获得了GFRP和LY160低屈服点钢在准静态以及动态试验条件下的抗拉强度等基本力学参数,拟合得到了LY160低屈服点钢的C-S(Couper-Symonds)动态本构模型参数。开展了复合夹芯组合板的准静态平压试验,进行了夹芯板抗冲击性能的有限元参数分析。结果表明,随着芯杆直径的增加,试件单位体积吸收的能量显著增加,芯杆直径为6 mm试件吸收能量是直径为4 mm试件的6.0倍,单位质量吸收的能量也有所提升,但芯杆直径超过6 mm后变化不明显。当冲击地压震级为3级时,芯杆直径与单胞宽度对夹芯板结构的能量吸收率和单位质量吸收能量值影响显著,当芯杆直径为6 mm时,能量吸收率可达90%以上,而当单胞宽度为140 mm时,夹芯板兼顾吸能效率和经济性。

摘要：探索浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化对认识溃水溃砂通道形成机制具有指导意义。基于大柳塔矿地质条件,设计相似模拟试验,首采1-2上煤层,充分开采后再采1-2煤层。由此,揭示采动裂隙演化规律,指出上煤层采动碎胀作用明显,下煤层采动地表下沉线性增长明显。利用分形与逾渗理论定量评价了采动裂隙的演化特征。上煤层开采,根据周期来压特征,分维变化划分2个线性阶段。下煤层开采,非线性受控于上覆煤层引起的分维变化,分形维数将趋于一个稳定值。进一步揭示了采动裂隙逾渗概率随推进度的线性关系的,得到整个煤层组开采覆岩裂隙非线性演化的2个临界状态。研究了切落式破坏形成机制,提出了岩层板簧效应并分析了崩塌式切落特征,指出拉破坏是典型切落式台阶形成的主要原因。

摘要：巷道/隧道围岩的开挖卸荷效应,直接关系到围岩稳定、支护设计和施工工艺的选择。利用自主研发的开挖卸荷试验系统,对水泥砂浆制作的厚壁圆筒小型围岩试件进行了快、慢速卸荷试验研究,获得小型围岩试件在开挖卸荷过程中的变形规律与破坏形态。试验结果表明:①快、慢速卸荷的径向应变及切向应变与时间的关系曲线表现出明显的3个特征阶段:试件压密阶段、快速变形阶段、卸荷后缓慢变形阶段。②同一横断面处,内侧的切向应变对卸荷作用反应更快、更显著,变形量更大。径向内侧产生的变形总量均大于外侧,而轴向内侧产生的变形总量小于外侧。③无论快速或慢速卸荷,同一测点处,切向应变最大,占据重要地位。径向变形集中在卸荷阶段产生,轴向变形集中在卸荷后维持阶段产生。④卸荷阶段,随着压差增大,慢速卸荷的切向、轴向应变呈加速发展趋势,内、外侧径向应变差值约为200×10^(-6)。快速卸荷的切向、轴向应变呈收敛发展趋势,内、外侧径向应变基本相同。维持阶段,快、慢速卸荷切向、轴向内外侧偏差持续增大。快速卸荷时内、外侧径向应变在维持阶段才开始区别开来,且差值越来越大。⑤试件压缩高度变低,且外侧出现环状贯通面并伴随劈裂破坏,在内壁出现片状剪切破坏区;横断面出现两个类似于圆环破坏带的破坏区。

摘要：在分析煤巷帮部破坏机制和加固机制的基础上,通过建立煤巷力学模型、分析支护力与莫尔圆的关系、研究帮部极限平衡区宽度及巷道耗能机制,提出强帮护顶概念设计,从理论方面对煤巷强帮支护理论进行论证。应用FLAC3D软件对煤巷进行模拟,详细分析巷道开挖引起的围岩力学响应情况,阐明帮锚杆对帮部强度的影响,从数值模拟角度对煤巷强帮支护理论进行论证。最后,煤巷强帮支护理论被成功应用于马兰、官地等矿山煤巷支护设计,在实践中取得良好效果。研究结果表明:(1)提高煤巷帮部支护强度,一方面可提高帮部对顶板的承载力,另一方面会减小帮部极限平衡区宽度和顶板广义跨度。(2)提高煤巷帮部结构体与顶板结构体的强度比值和刚度比值,有利于减少帮部结构体塑性铰的数量,使巷道结构体形成合理耗能机制,提高整体稳定性。(3)针对帮部比顶板岩体强度低的巷道,采用强帮护顶概念设计形成强帮护顶良性作用机制与合理耗能机制,以保证巷道的安全性。(4)增加煤巷帮锚杆直径、长度或增大帮锚杆布置密度,可达到有效控制围岩变形、减少极限平衡区的效果。(5)数值模拟与现场应用均表明,提高煤巷帮部的强度可以提高巷道的整体稳定性,煤巷强帮支护理论在工程实践中具有良好的适用性。

摘要：为了研究受载煤岩渗透率与变形的关联性,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,对取自开滦赵各庄煤矿9号煤层的原煤样品,设计完成了围压不变、降低气体压力以及围压、气体压力同步降低的2种实验方案下煤样径向应变、轴向应变和渗透率测试。实验气体分别为氦气和二氧化碳气体。实验结果表明:采用无吸附性气体(氦气)实验时,煤样体应变与气体压力之间基本为线性关系;与含氦气的煤样相比,当其他实验条件相同时,含二氧化碳气体的煤样产生了显著的膨胀体应变,该膨胀体应变是二氧化碳气体的吸附作用导致的。实验显示,相同气体压力下,围压不变、降低气体压力对应的煤样吸附膨胀体应变大于围压、气体压力同步降低时的吸附膨胀体应变,但二者相差小于5.4%,可见本文实验的外部应力降低对煤样吸附应变影响很小。随着气体压力的降低,实验结果显示煤样的宏观变形为体积收缩,但是其渗透率逐渐升高。原因在于煤样的渗透率同时受到有效应力导致的煤体变形和吸附气体解吸引起的煤基质变形的影响,渗透率的变化特征不仅与煤样表面测得的宏观体积变形有关,而且与煤基质变形导致的煤样内部孔裂隙结构变化密切相关。仅依据煤样表面测得的应变不足以解释煤样渗透率与变形的内在联系。考虑到煤样渗透率受有效应力和气体吸附的叠加作用,将含二氧化碳气体煤样的应变分解成两部分,即有效应力导致的应变和气体吸附引起的应变。以S&D渗透率模型为基础,推导了表征煤样渗透率与有效应力导致的应变变化量、气体吸附引起的应变变化量之间关联性方程,该关联性方程为指数函数形式,对实验数据的拟合相关系数大于0.9,拟合效果良好。

摘要：厘清不同轨道结构下地铁管片及周围土体的动力响应特性,可为地铁轨道结构减振技术提供重要依据.开展大型物理模型试验,设计纯管片无道床、普通道床、橡胶浮置板道床3种不同的地铁隧道模型,采用实际地铁列车振动信号,基于傅里叶变换时频域的分析方法,以峰值加速度和频响函数的对数作为评价指标,分析不同隧道管片结构的及周围土体的动力响应变化规律.研究结果表明:列车荷载的频域区间内动力响应变化分为3个阶段:阶段Ⅰ(0~20 Hz)内轨道结构的频响函数与荷载频率成负相关;阶段Ⅱ(20~150 Hz)内的动力响应随荷载频率变化整体上升局部波动,分别在50 Hz和110 Hz的峰值处出现振动放大现象;阶段Ⅲ(150~250 Hz)上的动力响应与荷载频率成正相关.普通道床和橡胶浮置板道床在50~250 Hz的频段有良好的减振效果,而对低频的振动衰减作用较小.3种轨道结构管片同环上不同位置的动力响应随着距振源距离的增加而衰减,道床的存在会降低振动波在同环测点传播的衰减幅值;环与环之间的动力响应呈现出随振源的距离增加逐渐降低的趋势;道床结构和橡胶浮置板结构的存在改变了周围土层的动力响应的频响性质,在高频范围内出现振动放大现象,但整体的动力响应小于纯管片无道床结构周围的土层.土层中的动力响应随着与振源的距离的增加逐渐降低,由仰拱至拱顶动力响应的衰减幅值为20.3%.