摘要：隧道与边坡的空间展布特征、边坡岩体结构特征、隧道开挖工序、其他影响外因等直接关系到隧道和边坡的协同稳定特性。为探究复杂地质条件下隧道-边坡体系的稳定性,以深圳部九窝弃土场堆积体边坡为研究对象,通过物理模型试验探索隧道下穿开挖扰动影响松散堆积体边坡的变形机理。首先,基于隧道和边坡实际几何特征和空间展布特征,确定最佳相似比,构建上覆松散堆积体边坡的物理模型;然后,开展了降雨条件下大断面隧道下穿开挖与未开挖两种工况的物理模型对比试验,通过分析降雨条件下坡体内部含水率、孔隙水压力和土压力的变化规律,揭示了降雨条件下在松散堆积体边坡下方开挖大断面隧道导致边坡失稳的变形机制;最后,采用具有负泊松比特性的恒阻大变形锚索,提出大跨度隧道的围岩NPR(Negative Poisson’s Ratio)锚索控制措施,并通过数值模拟进行控制效果验证。研究结果表明:经过一定的降雨历时,松散堆积边坡的破坏由表层扩展到深层,主要变形模式为冲蚀型冲沟;隧道下穿开挖会形成较大范围的松动圈和临空面,当边坡冲沟掏蚀区与隧道松动圈重叠后,隧道内易发生涌水、局部塌方等灾害,继而诱发上覆边坡出现局部滑塌破坏现象。采用NPR锚索对下穿隧道围岩进行高预紧力应力补偿控制,隧道拱顶下沉和上覆边坡变形均得到有效控制,为类似工程背景的隧道支护和边坡加固方案的设计提供新的思路。

摘要：为研究井帮位移收敛对冻结壁厚度的影响,获得满足施工要求的开挖净空间,基于小孔扩张理论,建立井帮变形与冻结壁厚度的计算公式,验证已建公式的正确性,探讨已建公式对井帮变形的计算误差。结果表明:随着冲积层深度增大,井帮位移收敛对冻结壁厚度的影响加剧,冲积层深度越大,越不能忽略井帮收敛的影响;已建公式能够解决应变高达0.15的有限变形问题,亦可有效预测千米冲积层立井井帮位移收敛值;冻土的黏聚力和内摩擦角对冻结壁厚度影响显著,弹性模量和黏聚力是井帮变形的重要影响因素。研究成果对深厚冲积层冻结法凿井具有重要的理论意义和实用价值。

摘要：人工冻结法用于地下工程建设时,过量的冻胀变形及冻胀力将抬升地层并导致构筑物的破坏及失效,提出冻胀控制方法及揭示冰透镜体生长抑制机理是推进人工冻结技术发展的重要途径.从冰透镜体生长速率和冰饱和度与渗透率的特定数学模型出发,得到了冻结缘厚度演化对冰透镜体生长速率的影响.研究指出,冰透镜体的生长对冻结缘结构具有强烈的依赖性,冻结锋面向冷端移动诱导的冻结缘结构退化将直接抑制冰透镜体的生长.通过研究冻结缘厚度对冰透镜体生长的影响机制,提出了基于冻结锋面移动控制的人工地层冻结技术思路,发展了相应的冻结控制系统及试验平台,该技术思路可有效激活冰透镜体的间歇性生长过程并实现对冻胀的控制.研究指出,减小设计冻结深度及提高冷端冻结温度均能有效抑制冻结土体中冰透镜体的生长及减缓冻胀.

摘要：焊接节点是钢管桁架的关键部位,从设计阶段的强节点要求以及长期服役后的损伤加固需求来看,节点加强/加固都是提升结构安全性和延长服役年限的重要手段。焊接垫板/环口板与主管协同承载性能优越,被广泛应用在方钢管节点的加强或加固,但其设计方法仍不完善。为此,从试验研究、数值模拟、理论模型和规范对比等方面,对垫板/环口板加强方钢管节点轴向受力性能的研究现状进行梳理。分析发现:试验及模拟对象较单一,以T形节点为主;约束条件各异,节点强度评价准则不一;实测及模拟数据较多,但归一化评价较困难;设计公式形式多样,离散性较大。最后,结合作者在该领域的研究工作和成果,提出了该领域的研究趋势和发展方向,有望为我国重要钢管结构的节点加强/加固提供参考。

摘要：波浪荷载作用下的海床响应是岩土工程领域的研究热点,波致海床液化是导致海床及结构物失稳的主要原因。针对海床响应分析中涉及的诸多不确定性因素,如沉积物参数的空间变异性以及荷载的随机性,建立了基于随机有限元方法的概率分析框架,将在MATLAB中实现的空间异质土体的模拟与在COMSOL中实现的孔隙弹性有限元分析通过LiveLink程序进行耦合。提出了一种分解的Karhunen-Loève(简称K-L)展开方法,该方法占用较少的计算时间和内存空间,使得高分辨率、大尺寸的三维随机场的模拟更加高效。应用上述概率框架分别对规则波浪荷载作用下的二维倾斜海床以及随机波浪荷载下的三维海床响应进行了研究,揭示了海床土体渗透系数K与剪切模量G的空间变异性以及波浪荷载随机性对孔隙水压力分布和海床液化深度的影响规律,表明了传统确定性分析方法将导致不安全的工程设计。

摘要：无煤柱自成巷N00工法是我国自主创新的采煤新工法,其在提高资源采出率、降低巷道掘进量、消减煤柱引起的应力集中等方面具有一定优势。为进一步推进该工法发展,以陕煤柠条塔煤矿N00工法工业性试验为工程依托,从采掘布局、围岩控制、装备系统3个方面梳理了N00工法核心设计思路。针对N00工法成巷围岩结构特征,考虑围岩空间结构整体稳定和运动全过程稳定性,提出了“碎胀平衡降压+动静耦合支护”围岩控制设计思路,明确了3个控制对象、4种控制技术、8项设计标准及相关设计内容。基于N00工法“采留一体化”采掘布局设计理念,形成了N00工法采煤装备系统和成巷装备系统布局新设计,明确了N00装备系统关键结构和功能设计内容。工程试验结果表明,采用N00工法设计,采煤装备系统可实现工作面前无巷采煤,成巷装备系统可实现工作面采后同步成巷,突破了传统采掘分离式装备布局模式,实现了采煤过程中无提前掘巷和无留设煤柱。柠条塔煤矿试验工作面留巷长度2 344 m内,巷道顶底板移近量最大145 mm,巷道围岩控制效果良好,完全满足安全生产要求。无煤柱自成巷N00的成功应用,验证了N00工法采留一体化装备和围岩控制关键设计的可行性,为提高矿井采出率、节约煤炭资源,减少巷道掘进、降低开采成本以及缓解采掘接续问题提供了新途径。

摘要：水分迁移引起的分凝冻胀是土体冻胀变形的主要来源,而掌握冻结过程中水分迁移规律是揭示土体冻胀机理的关键。为探究钢纤维改良土抑制冻胀机理,利用改进的冻胀装置设计进行了独立补水条件下的分层冻胀试验,获得如下结论:冻结过程中试样下部的冻胀作用会引起上部未冻土的排水,冻结过程中0.5%掺量试样的中层与上层土体排水量分别占相应土体水分迁入量的1.22%和3.45%;掺入钢纤维可明显减小试样的补水量,相比于未掺钢纤维试样,0.5%掺量试样的中层和上层补水量可分别减小10.19%,17.87%;钢纤维掺量及长度的增加不仅可促进试样中水分排出,而且会抑制土体中冰透镜体生长,降低外部水分迁入量,从而减小试样冻胀率。研究结果表明,试样中掺入钢纤维后引起的排水效应及限制冰透镜体的生长过程,是钢纤维改良土抑制冻胀的主要原因。

摘要：以建新煤矿大埋深、强矿压显现的4206孤岛工作面为研究对象,结合力学建模和数值模拟等方法,研究了大范围采空区覆岩承压拱结构演化规律。本工作面、相邻两工作面和相邻3工作面范围内扩展演化的覆岩承压拱拱脚恰好作用于区段煤柱,是孤岛工作面回采期间强矿压频现的主要原因,据此提出了断高位承压拱卸压技术。结合承压拱层位及岩性特征设计了断拱卸压参数,并优化了末采期断拱卸压参数。实践证明:卸压效果显著,有效降低了两巷维护难度,并实现了末采期15 d内装备的快速回撤,取得显著的经济和社会效益。研究成果可为彬黄矿区厚煤层强矿压工作面安全回采提供较好的工程参考。

摘要：为表征冻土地层天然存在的三维空间变异性并阐明冻结帷幕温度特征值演化过程与统计规律,将冻土地层热学参数建模为三维空间随机场,提出用于不规则三维空间随机场离散的四面体单元局部平均法;引进体积坐标变换和高斯数值积分呈现了不规则三维四面体随机场单元协方差矩阵的解析计算方法和数值计算方法;构建考虑冻土地层三维空间变异性的冻结帷幕水热耦合随机分析模型,获得温度特征值动态演化过程与统计规律,讨论表征三维空间变异性的随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值的影响。结果表明:提出的三维随机场四面体单元离散法能与有限元四面体单元离散法完美结合,随机场网格与有限元网格的对应关系清晰,易于随机有限元程序的编制;冻土地层热学参数的空间变异性对冻结帷幕温度特征值有显著影响,其中导热系数空间变异性影响最为强烈;不同三维随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值影响程度存在差异,其中三角型模式影响最大,高斯型为中间值,指数型影响最小。

摘要：利用砂岩分级加卸载蠕变试验数据,分析了岩石力学性质参数随应力水平及时间的变化规律,将非定常元件引入Burgers模型,用于描述分级加卸载蠕变试验过程.基于Matlab/Simulink平台建立了非定常参数的仿真流变模型,并根据试验方案配置仿真环境,对分级加卸载蠕变试验的全过程进行了计算机仿真模拟.结果表明:建立的非定常参数Matlab/Simulink流变模型能够描述分级加卸载蠕变试验过程中岩石的蠕变阶段、常速率应力作用下的加卸载阶段以及表示弹性后效的变形恢复阶段.