摘要：裂隙的粗糙度及空间分布不仅是岩体各向异性体现的重要因素,同时也是复杂裂隙岩体进行等效强度及变形特性研究的基础。鉴于传统节理张量模型常将裂隙简化为平面,而自然裂隙实则为粗糙起伏表面的研究现状,改进现有节理张量,并详实推导粗糙型离散裂隙网络(RDFN)的等效弹性力学参数计算方法。引入分形理论,构建算例模型,精确量化裂隙粗糙度,对比分析平面型离散裂隙网络(DFN)和粗糙型离散裂隙网络(RDFN)的计算效果。为进一步验证研究的可靠性,采用数值软件生成简单模型,并计算得到模型的解析解与数值解。结果表明:(1)考虑结构粗糙度的等效弹性力学参数计算方法较好地消除了节理张量的局限性。(2)基于W-M分形函数构建的RDFN算例模型具有显著的粗糙特性,且公式中的分形维数(D)以及分形粗糙度(G)对裂隙表面粗糙度有较大影响。(3)相较于DFN模型,固有的结构粗糙度显著影响RDFN模型的等效弹性力学参数,影响程度为5%~15%。(4)简单数值模型的数值解与解析解的结果接近,误差较小,充分验证了基于改进节理张量进行本构关系计算的准确性。相关研究结果对粗糙裂隙的岩体等效弹性行为的分析具有重要参考价值。

摘要：深部巷道大变形已成为深部煤炭安全高效开采的关键制约因素。为实现深部软弱围岩稳定性控制,提出了基于深部巷道大变形演化过程的分步联合支护方案及其理论分析模型。结果表明,深部软弱围岩呈破裂碎胀变形-损伤扩容变形-连续变形的分布特征。分步联合支护后,围岩极限承载力随锚杆和锚索等效支护力增大呈线性增大趋势,但随注浆修复系数呈指数增大趋势。锚杆和锚索支护设计时应以极限承载力所需的注浆修复系数等于1.0时的等效支护力临界条件为基准。深浅孔注浆支护时须同时考虑注浆修复系数和围岩破裂区半径。不同支护措施的协同支护参数可由破裂修复区围岩极限承载平衡条件确定。数值模拟和工程应用分析表明,分步联合支护可实现深部软弱围岩碎胀大变形控制,具有较高的工程推广应用价值。

摘要：盐渍土广泛分布于我国西部地区,其盐胀特性对道路工程产生严重危害,研究盐渍土路基水盐迁移规律并切断其路径对盐渍土地区道路安全防治起到关键作用。基于开挖废土利用构想,提出一种新型盐渍土基泡沫轻质土作为盐渍土地区路基隔断层。采用自研设备开展相关试验,测试其内部温度变化、竖向位移及冻融后的水盐分布,分析新型泡沫轻质土隔断层的隔盐消胀效果,并从微观结构角度探究阻盐机制。结果表明:在温度梯度下,盐渍土试样内部水分与盐分向上迁移,多在中上部聚集。新型泡沫轻质土隔断层能有效阻隔水盐上迁并抑制盐胀,土体含盐量越高,抑胀效果越好。盐分在泡沫轻质土孔洞内析出结晶成盐壳,泡沫轻质土的多孔结构不仅能有效储存盐分,而且能阻隔盐分迁移,使盐分结晶在其内部进行,从而减少盐胀对土体的破坏。

摘要：引江补汉工程深埋长大隧洞穿越通城河活动断裂,在活动断裂处隧洞的安全性是工程的关键问题之一。在地应力场分析基础上,采用数值模拟方法,分析了在不采用适应性结构时衬砌的响应,并估算了铰接设计参数,最终验算了建议铰接设计参数下衬砌的响应特征。结果表明:(1)水平大主应力与隧洞轴线夹角为35°,隧洞轴线方向水平应力分量约为20 MPa,垂直隧洞轴线方向水平应力分量约为21 MPa,竖直向应力分量约为18 MPa;(2)当无抗错断措施时,隧洞的相对变形主要表现为拱顶-底板的相对收敛,相对收敛在断层带部位最大,拱顶、底板部位的最大主应力量值出现在断层带及影响带部位,断裂带部位与影响带部位的衬砌大部分处于损伤状态;(3)基于提出的隧洞铰接设计参数的估算方法,给出了设防节段长度为6 m,铰节段宽度为2~4 cm作为初步的设计参数,进一步考虑参数敏感性分析后,合建议按照设防节段长度为6 m,铰节段宽度为5 cm考虑。(4)隧洞按照所建议参数进行铰接结构设防后,铰接结构设计有效降低了断层带内部衬砌整体所受到的拉力,铰接设计条件下,衬砌因错断产生的相对变形、应力、衬砌损伤均有较大程度减少。上述研究结果证实了铰接结构设计有助于提高隧洞抗错断性能。

摘要：随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如何有效控制巷道围岩稳定及提升掘进效率已成为深部煤炭开发面临的重大技术挑战,主要体现在:对深部巷道米级大变形灾变的机理认识尚不清晰;缺乏适用于深部巷道大变形灾害控制的理论与技术;缺乏适应大变形灾变环境的快速成巷技术。针对以上问题,围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的快速成巷技术等方面展开了系统研究,取得了以下进展:提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的探测表征方法,发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法,揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理;提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论,建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的灾害控制理论与技术体系;研发出深部巷道大变形灾变环境下TBM安全高效掘进关键技术,发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法,建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。研究成果实现了典型矿区深部巷道碎胀大变形灾害的有效控制和安全高效掘进,解决了深部矿井采掘接替的技术难题。

摘要：金川二矿深部碎裂岩体具有“岩块强度高,岩体强度低”的显著特点,巷道围岩具有显著的大变形特征,导致喷锚网或衬砌等支护结构破坏频繁,严重威胁采矿生产安全。以该矿深部巷道现场工程为背景,首先,通过现场调查和实测确定该矿深部巷道围岩具有典型层状、碎裂状和复合结构特征,冒落和底臌为典型的破坏形式;其次,结合室内试验和现场监测数据,基于连续-非连续数值模拟分析方法 (FDEM)提出一种可破Voronoi块体模型和离散裂隙网络模型模拟巷道开挖过程,捕获围岩损伤破裂特征;最后,结合实体单元和锚杆单元模拟支护结构响应,探讨深部碎裂岩体变形破坏机制和支护效应。研究结果表明,结构面间距和倾角显著影响应力释放区的位置和压力拱的形成,导致围岩变形各向异性和破裂非均匀性;锚杆、混凝土喷层+锚杆及U型钢拱架+锚杆3种支护结构对于限制围岩变形具有显著差异性,加入锚杆和衬砌能有效抑制冒落区,限制顶拱位移,但不能有效抑制底板隆起;超前注浆、加长锚杆和钢拱架是控制深部碎裂岩体巷道大变形的重要措施。研究结果可为深部碎裂岩体巷道变形控制与支护设计提供理论参考。

摘要：利用准分布式应变传感技术,测试抗浮锚杆在现场极限抗拔试验中杆体的应变变化,分析抗浮锚杆的内力分布特征及其荷载传递规律,揭示锚固长度对抗浮锚杆承载性能的影响机制,验证临界锚固长度的存在,并基于Hoek-Brown准则提出嵌岩抗浮锚杆临界锚固长度的有效计算公式。研究结果表明:抗浮锚杆杆体、灌浆体的荷载-位移曲线均存在拐点,分别在锚杆极限承载力的75%、60%处,拐点前位移呈线性变化,拐点后位移变化速率显著增大;随着荷载等级的增加,抗浮锚杆的荷载传递深度逐渐增大,锚杆杆体轴力呈相对慢速衰减的趋势,且轴力主要集中在浅部岩土层;杆-浆界面剪应力表现出先快速增加而后迅速减小的趋势,剪应力峰值出现在锚固深度约0.75m处;9根试验锚杆的极限抗拔承载力均为200kN左右,基于Hoek-Brown准则计算得到的临界锚固长度为2.78m,这均与现场试验结果基本吻合。研究结果可为嵌岩抗浮锚杆的设计提供参考。

摘要：当前弃渣场安全稳定性评估中弃渣工程特性测试结果存在代表性和离散性问题,稳定性评价需要借助数值工具限制了动态设计,可能导致弃渣场安全稳定性不可控。依托云南地区多条高速公路沿线弃渣场多阶段安全稳定性评估工作,通过现场调查、室内外试验及数值模拟,探讨弃渣休止角跟踪测量替代有限尺寸和有限数量实验测试,构建基于休止角的弃渣场稳定性评价方法,进行工程应用,检验方法的可行性。所得结论如下:①山区公路弃渣成分巨粒及中粗砾占弃渣总量40%~60%,几乎不含粉粒和黏粒成分,弃渣级配多数不良。弃渣过程类似大型天然休止角试验,现场调查及试验获取的无黏性弃渣休止角范围取值可以取代弃渣现场和室内实验,代入无黏性弃渣边坡稳定性系数计算公式得到弃渣边坡稳定性系数,用于弃渣边坡安全设计和稳定评估。②文中方法计算得到的稳定性系数为1.43~1.60,小于极限平衡法的1.59~1.61,结果偏保守,这是休止角的极限特征造成的,采用天然休止角测量统计方法评价弃渣场稳定性简单实用,可用于弃渣场动态设计和稳定评估。

摘要：受雨季连续降雨作用的影响,太和镇冰碛土古滑坡为一方量约为1 200×10^(4) m^(3)巨型土石混合体古滑坡于2021年开始复活进入蠕滑阶段,到2022年雨季开始增速下滑,严重威胁到矿坑内部的正常开采。基于现场调查、钻探揭露、现场监测、物理力学试验,在查明古滑坡微地形、地质结构特征和变形失稳阶段的基础上,对其影响因素及复活机制进行探究。结果表明:堆积岩土体及地形地貌是古滑坡复活的孕灾基础,降雨入渗作用、采矿开挖是滑坡复活的诱发因素。分析表明,受长期以来的降雨淋滤作用影响,细颗粒物质在基覆界面处进行堆积形成滑带,采矿开挖使前缘出现有效临空面,且受地下水长期影响,滑带土的强度逐渐削减,降雨导致渗流作用加剧,抗剪强度降低,从而诱发古滑坡复活。研究成果对类似工程问题具有一定的参考价值。

摘要：三轴试验离散元模拟是探究砂土等岩土材料变形破坏机制的一种重要手段,合理地模拟侧向边界是三轴试验离散元模拟的一个重要环节。基于有限差分法(finite difference method,简称FDM)-离散元法(discrete element method,简称DEM)FDM-DEM耦合开展了柔性侧向边界条件下砂土三轴固结排水和不排水试验的数值模拟,并与相应的刚性侧向边界三轴数值试验进行了对比分析。结果表明:相比刚性侧向边界,基于FDM-DEM耦合的柔性侧向边界三轴试验能更好地再现室内砂土三轴试样的宏观力学响应和微观颗粒运动学特征;对于所模拟的砂土三轴固结排水试验,柔性侧向边界试样峰值强度后的应变软化和剪胀性明显弱于刚性侧向边界试样;对于所模拟的砂土三轴固结不排水试验,当轴向应变较大时,柔性侧向边界试样的偏应力小于刚性侧向边界试样,且产生绝对值较小的负孔压;三轴固结不排水试验中,当轴向应变较大时,柔性侧向边界对试样的约束和支撑作用弱于刚性侧向边界,其力链的稳定性较低,力链屈曲数较多,剪切带形成较早,故其各向异性和偏应力均较低。