摘要：氡气是地下空间开发利用中的有害气体,同时对深地暗物质试验有重要影响,研究地下工程开挖过程中氡释放规律是科学解决氡污染问题的基础。采用自主设计的岩石三轴压缩氡释放试验系统,开展大理岩不同围压下三轴压缩破裂试验与氡释放量的测试,研究大理岩破裂模式对氡释放规律的影响,并讨论岩石破坏接近度(FAI)与累积氡浓度的相关性。试验结果表明,大理岩在不同加载阶段的氡释放量具有显著差异,总体上呈现先增加后回落再大幅增加至峰值释放量,最后跌落至稳定水平的规律。初始氡浓度随着围压的升高逐渐升高,而峰值氡浓度随着围压的升高呈现逐渐下降的趋势,与不同围压下岩石的破坏模式相关。通过对试验结果分析,得到岩石破坏接近度与累积氡浓度具有明显的相关性,可通过破坏接近度预测累积氡浓度的变化趋势。岩石氡释放规律的揭示对现场排氡/隔氡设计具有重要指导意义。

摘要：截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续-非连续单元法(CDEM),建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性-损伤-断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50°~90°区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90°降低到50°时,岩体由张拉-拉剪破裂向剪切-拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75°~90°的第Ⅰ类截齿与小于55°的第Ⅲ类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55°~75°的第Ⅱ类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第Ⅱ类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。

摘要：悬臂挡墙是一种适用于地震地区的支挡结构,应用广泛,墙后填料一般具有一定的坡度角,其抗震设计仍面临如何确定地震土压力大小及其作用点、变形及破坏模式等诸多问题。另外,微型桩具有较好的抗震性能,其在浅层滑坡治理加固等领域得到了广泛的应用,针对其在横向动荷载作用下的受力特征、荷载与变形累积等方面的研究还相对较少。为此开展了悬臂挡墙支护的微型桩加固边坡地震响应特性的离心振动台模型试验研究,同时对典型工况进行了数值模拟。主要从3个方面对微型桩–悬臂挡墙支护边坡的地震响应特征进行了分析讨论:(1)边坡的地震加速度响应及其坡顶沉降变形;(2)微型桩地震响应与弯矩分布;(3)悬臂挡墙动土压力大小及作用点、弯矩大小及惯性弯矩的影响、地震位移变形模式、残余弯矩累积发展趋势。对输入输出加速度的传递函数分析表明,边坡土体对输入地震波中接近其自振频率的频率分量具有显著的放大效应;微型桩结构上部设置刚性连接梁能明显改善其受力性能,微型桩的柔韧性与延性等使其在地震荷载作用下可以耗散更多能量;悬臂挡墙上的惯性弯矩超过动弯矩的22%以上,不容忽视,当挡土墙后部填土坡度角较大且同时坡顶上部有荷载时,得到的动土压力系数ΔKae显著大于挡土墙后部填料为水平且无附加荷载的情况,试验数据表明多级地震后悬臂挡墙与微型桩的残余弯矩显著增加,这在其抗震设计中需引起重视。

摘要：我国盐穴地下储气库大多建造在具有不同渗透性的层状盐岩地层中,因此保证储库拥有良好的密闭性至关重要。针对盐穴井筒“裸眼段”意外跨越微渗地层而导致储气库密闭性失效的问题,自主研发了渗漏地层注浆封堵试验平台,并结合现场地质渗漏情况设计了注浆封堵可行性试验方案。在确定了兼具流动性和填充密实性的浆液配合比后,开展了超细水泥封堵岩芯的试验研究。结果表明,超细水泥可以有效填充岩芯孔隙并降低其渗透率,注浆后岩芯孔隙率和渗透率降幅分别达到近16%和95%。封堵试验数据显示浆液封堵范围与注浆时间呈幂函数关系,浆液流型满足幂律流,而非牛顿流。该研究成果可为盐穴储气库微渗地层注浆封堵提供必要的理论和试验依据,对类似密闭性失效井筒的二次利用具有重要意义。

摘要：我国西部地区的长大山岭隧道在选线时多要穿越活动断裂带,面临断层运动对结构设计和安全运行的挑战。该文以滇中引水工程香炉山隧洞为工程背景,基于自主设计的用于模拟走滑断层运动的试验装置,研究走滑断层运动下岩体的破裂特性以及采用铰接设计的隧道模型的响应规律和破坏模式。试验结果表明:走滑断层运动下岩体地表位移在断层滑动面处存在明显的不连续;隧道与断层滑动面相交的节段衬砌横截面由圆形变为竖椭圆,且在给定50mm的断层错动量下水平轴直径变形率达到6.57%;隧道与断层滑动面相交节段衬砌在断层运动下产生约5°的水平偏转,且与相邻节段衬砌间有明显错台发生;与连续隧道相比,铰接设计可以显著降低衬砌结构的应变响应。此外,铰接体系隧道的破坏模式以环向裂缝和斜裂缝为主,在破坏程度和范围上均明显减小。

摘要：基于现有结构面剪切力学特性研究中对简单几何形态结构面研究多,天然形态结构面研究少,力学性质演化研究多,几何形态演化研究少的研究现状,通过巴西劈裂试验制备近天然形态岩石结构面,并采用模拟材料批量复制劈裂结构面试样的方法,开展循环荷载作用下岩石劈裂结构面的剪切力学特性演化规律与影响因素研究,分析法向应力、循环剪切次数、岩壁强度以及结构面粗糙度对循环剪切作用下岩体结构面力学特性和形貌特征的影响。最终通过在黏着摩擦理论-Barton经验公式中引入与循环剪切次数Nd有关的负指数假定劣化参数,提出了岩体结构面循环剪切强度公式。研究结果表明:法向应力、岩壁强度、结构面粗糙度越大,结构面的最大剪应力越大;法向应力、循环剪切次数、结构面粗糙度越大,岩壁强度越小,则归一化粗糙度参数越小。提出的循环剪切强度公式较好地验证了试验结果,可为工程安全设计提供理论参考。

摘要：软岩大变形隧道需要及时锚固支护,特别是在围岩强度较低的隧道中,常采用对围岩扰动较小的中空注浆树脂锚杆施加预应力支护,而开挖后围岩产生的大变形将对锚杆性能提出更高的要求,如何提升锚杆强度与变形能力成为控制围岩稳定性的关键。考虑改进的中空注浆锚杆树脂锚固段+砂浆锚固段的螺纹连接特性,利用数值模拟分析了锚杆连接段内螺纹螺距、连接长度、外壁厚度对连接段强度与变形的影响,得到了连接段螺纹最佳组合参数。研究结果表明:连接段破坏模式受螺纹抗剪强度、钢筋与中空外壁抗拉强度的影响,可分为中空外壁拉断破坏、螺纹滑脱破坏、钢筋拉断破坏3种。当连接段长度较短时,易发生螺纹滑脱破坏,随着连接长度的增加,连接段强度薄弱点由螺纹转移至中空外壁。不同螺纹螺距条件下存在临界连接长度使得连接段内各强度均能得到有效发挥,从而提高锚杆连接段的整体强度。随着螺纹螺距的增加,连接段整体受力性能得到显著改善,当螺纹螺距为1.5 mm时,螺纹抗剪强度最差,在设计时应尽量避免。在中空外壁直径不变时,钢筋直径过大易导致连接段外壁拉断破坏,过小易导致钢筋拉断破坏,在设计时应合理匹配钢筋直径与中空外壁直径。随着中空外壁直径的增加,连接段破坏模式由中空外壁拉断破坏转变为钢筋拉断破坏,但连接段性能并未得到较大改善。对于中空外壁直径为32 mm的锚杆而言,钢筋直径为25 mm、螺纹螺距为2 mm、连接长度为16 mm时,锚杆连接段抗拉性能最佳,可满足软岩大变形隧道的使用要求。

摘要：TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战:(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清,高效破岩控制难度大;(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大,灾害预测和安全控制难度大;(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重,TBM掘进过程监测难度大,难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此,针对TBM装备适应性设计技术,深部复合地层TBM高效破岩理论,挤压变形卡机灾害预测控制方法,掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究,在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展:(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术;(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验,揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理,提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法;(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理,发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM(有限元-离散元耦合)方法,提出了挤压变形卡机监测预警方法,形成了TBM掘进挤压大变形卡机“大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护”综合防控技术体系;(4)提出了TBM掘进过程岩-机作用信息(刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息)实时感知技术,初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法。上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步。

摘要：为研究含水层底部疏放水井渗流特征,设计研发了一种60°扇形体渗流砂槽系统,以潜水含水层底部疏放水为例,开展了不同井长单井非完整井疏放水渗流砂槽试验,研究结果表明:疏放水引起浸润线的下降,并在其上方形成饱和毛细水带负压区;疏放水过程中含水层底部非完整井上部可划分为上层毛细水带、支持毛细水带、饱和毛细水带及自由水饱和带,饱和毛细水带可有效阻止上部空气进入井内;非完整井井片内部压力P存在4种水压分布形态,即P=0、P>0、P0,根据井内压力及井片上部自由水饱和带、饱和毛细带的分布,含水层底部非完整井疏放水似稳定流态水压分布可概化7种模型;非满管段的形成导致其上部自由水压力不能连续传递,其分布不再是满管时的由下至上递减规律,当井片上方存在浸润线时,压力水头分布由下至上呈先增加后减小的规律;当井片上方存在自由水饱和带或较大范围的饱和毛细水带时,渗流量随井内压力减小而增加,当自由水饱和带消失且饱和毛细水带垂直分布较小时,井内压力的减小对渗流的增加效应不明显;非完整井井长的增加可有效增加渗流量,但当井长大于临界值后,渗流量不再随着井长的增加而变化;疏放水过程中,疏放水量由静态补给与动态补给构成且静态补给以一阶指数函数减少、动态补给以一阶指数函数增加。

摘要：在分析多个高应力地下工程破裂特征的基础上,将岩石峰前和峰后全过程力学行为纳入地下工程支护设计中,提出融合启裂强度因子和峰后脆–延转化因子的大型地下洞室应力-强度设计方法,简称“2S+”方法,充分考虑了岩石裂纹扩展机制和峰后力学行为。岩石单轴压缩试验中的启裂强度与现场初始地应力下最大主应力量值的比值构成启裂强度因子ISI,反映岩石内部裂纹扩展本质和围岩初始应力水平;工程围压范围内岩石脆性指标的下降速率构成峰后脆-延转化因子BDF,反映岩石峰后应力降低的大小、速率和脆-延性;支护强度根据收敛约束法的基本原理求解获得。基于多个典型地下洞室岩石ISI,BDF和地下洞室支护强度统计结果,建立围岩破坏模式和支护设计的“七分区”评价体系,并在多个大型地下工程实践中得到了成功应用。