摘要：极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建(构)筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法(SQP)求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;(2)边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;(3)坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;(4)坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。

摘要：在原位状态下,黏土岩呈现饱和状态,而在实际实验室研究中,由于钻孔取芯、运输、储存和加工等因素的影响,黏土岩已经失水并呈现非饱和状态。因此,在试验测试前将黏土岩尽量恢复至原位饱和状态是进一步试验测试的重要前提。本文以黏土岩为研究对象,通过无外力作用的黏土岩饱水试验及原位应力下的饱和试验,重点研究饱和过程中黏土岩的变形规律及水化膨胀特性。试验研究表明:无外力作用下,含中心圆孔黏土岩由于饱水过程中黏土矿物的水化膨胀、崩解、混和堆积逐步充填原有的孔洞;在原位应力作用下,水溶液作用仍使黏土岩内部黏土矿物快速水化膨胀,宏观上表现为试样体积迅速膨胀的同时孔隙度显著增大,且膨胀变形量与试样初始饱和度呈现负相关;在试验研究基础上,基于Comsol Multiphysics多场耦合有限元软件中的流体流动模块,建立黏土岩渗流-应力耦合数学模型,进行原位应力下黏土岩饱和过程的数值仿真,重点分析饱和过程中黏土岩试样内部孔隙水压力及饱和度随时间的演化规律;探讨饱和过程中黏土岩的孔压系数B值,并进一步分析加载步骤对黏土岩饱和过程的影响。研究结果将对黏土岩等岩石物理力学特性的相关研究提供试验指导及理论依据。

摘要：随着地下工程逐渐向深部发展,传统支护体系难以满足复杂条件下的支护需求,约束混凝土拱架具有良好的承载特性,在地下工程中逐渐被广泛应用,但截面特性对约束混凝土拱架力学性能的影响机制尚未明确。对比分析常见的方钢约束混凝土(SQCC)、圆形约束混凝土(CCC)与U36全比尺拱架力学性能,研究各拱架的承载性能和变形破坏机制。对不同壁厚的SQCC,CCC和不同长宽比的矩形约束混凝土(RCC)拱架进行数值试验,研究截面形状、尺寸对约束混凝土拱架力学性能的影响机制。研究表明,在截面用钢量相同的情况下,拱架截面面积越大,承载能力越强,且SQCC,RCC拱架的力学性能优于CCC拱架。在此基础上,提出约束混凝土拱架截面设计方法。

摘要：高地应力条件下软弱围岩具有显著的流变特性,其时效变形容易引起隧道二衬结构的开裂和破坏。为减小二衬的形变压力,在复合式衬砌基础上,提出在初支和二衬之间设置高压缩缓冲层的支护方案,并在新疆某引水隧洞泥岩大变形段开展现场应用。现场缓冲层由U29可压缩拱架和聚乙烯泡沫层(密度90~100 kg/m^(3))组成,通过衬砌结构内力的现场监测和缓冲层压缩特性的数值仿真,对缓冲层的让压支护效果进行分析。结果表明:采用可压缩接头的U29钢拱架,能够与围岩协调变形,拱架实测应力较小,最大压应力为140 MPa,低于采用刚性连接的H型钢内力;聚乙烯泡沫缓冲层具有较高的压缩性,能够很好地吸收围岩的时效变形,减小二衬结构受力;监测得到的二衬环向压应力均值为6.2 MPa,最大压应力出现在右侧拱肩和边墙,量值为13.0 MPa,低于二衬混凝土的设计抗压强度,验证了缓冲层支护方案的有效性。

摘要：水下岩塞爆破是高效、安全地联通水库、江河、湖泊等水工隧洞进水口的关键技术。通过查阅文献,梳理了钻孔法岩塞爆破技术的发展历程,对钻孔法岩塞爆破工程实践进行分析总结,提出了“中心致裂掏槽法”,给出了相应的炸药单耗、轮廓孔爆破线装药密度等关键爆破参数的计算公式,并在长甸改造工程及桓集隧道工程中取得了成功的应用,形成了一套完整的“中心掏槽、圆周扩展、轮廓成型”的设计方法。研究成果对钻孔法岩塞爆破设计与施工具有指导意义和借鉴作用。

摘要：高放废物地质处置岩体材料选取中,黏土岩因具有低渗透性、损伤自修复特性、对放射性核素具有良好的吸附作用等优点,被认为是一种合理的高放废物地质处置屏障。以黏土岩为研究对象,从黏土岩短期、长期力学特性等方面开展研究工作,主要内容如下:(1)进行黏土岩短期自然固结试验,确定了黏土岩的基本物理力学参数,主要包括前期固结压力、压缩指数等;(2)进行流-固耦合固结试验,试验结果表明盐水作用对黏土岩力学特性具有重要影响,且流-固耦合过程中的膨胀现象与黏土岩的黏土矿物含量和类型密切相关;(3)通过对黏土岩进行固结流变试验,研究黏土岩渗流-应力耦合作用下的长期力学特性,试验表明黏土岩具有明显的流变特性,且流变现象与载荷密切相关;(4)根据固结流变试验建立黏土岩一维流变本构模型,同时将模型计算结果与试验结果进行对比,分析表明,该模型能够很好地反映黏土岩一维固结流变特性。该研究对我国未来黏土岩高放废物处置库的规划、设计、选址和运营等具有重要的参考意义。

摘要：近几年隧道工程向长大深、多场多相耦合方向发展,隧道在施工和运营时极易诱发结构失稳病害。针对山岭隧道、水下隧道和城市地铁隧道阐述隧道工程结构模型试验系统设计的研究现状,并指出目前存在的相关问题。结果表明:山岭隧道模型试验考虑了隧道穿越不良地质体,承受高地应力、高岩溶水压力和高地震动等荷载条件,但受装置尺寸限制,无法模拟围岩高地应力水平。山岭隧道模型试验以平面应变模型为主,缺乏大型真三维应力条件下多种错动形式的活化错动断层的模拟。水下隧道模型试验已实现稳定的高水压力加载,但仍无法实现应力场与渗流场耦合的真三维水下环境模拟且试验箱可视性较差,仅能通过洞口涌水量表征隧道的渗透水状态,无法得到围岩内部变形规律。城市地铁隧道运营时一般受列车动荷载、路面荷载、邻近施工扰动的共同影响,目前模型试验通常考虑单一荷载下隧道的振动响应,且往往忽视了管片接缝和裂隙等结构特征,需要设计新颖、高效的局部加载装置,得到管片薄弱环节的极限变形特征,保障地铁运营安全。最后,总结隧道工程模型试验遇到的瓶颈问题,提出需要研制透明相似材料改善模型内部可视化功能,针对高地应力条件下不良地质条件研制尺寸可拓展的三维静动耦合加载模型试验系统,并结合微型低功耗无线监测传感元件与三维可视化结果展示平台,建立适用于复杂环境中的隧道工程结构模型试验系统。

摘要：为了解决陡倾结构金属矿山地下采矿引起的地压显现、地表塌陷和建构筑物损坏等问题,以金山店东区下盘为研究背景,首先根据地下、地表现场破坏调查与监测数据得出岩层移动基本规律,然后结合地质条件,通过理论分析研究岩层移动机制。地下采空区附近靠近F1断层处巷道出现地压现象,原因是采矿引起的F1断层滑移。地表变形从开采至今经历了3次加速阶段,加速变形点与采矿进度、陡倾结构引起的地表塌陷与地下巷道破坏的时间吻合。陡倾结构岩体的变形破坏是由深部逐渐传递到地表,导致地表移动和建构筑物开裂。下盘采空区附近围岩分析模型简化为悬臂梁模型,得到围岩破坏的机制为开采诱发F1断层滑移引起陡倾结构岩柱弯曲倾倒破坏,各柱体破坏贯通并沿着破坏面滑移。陡倾结构面是引起下盘岩层大规模移动的主要原因,这种特殊的岩层移动机制导致监测所得的移动角明显小于设计的移动角。

摘要：城市生活垃圾填埋场在高渗沥液水位情况下发生边坡失稳滑坡的工程事故已多次发生,初步分析认为滑坡由渗沥液水位、垃圾降解产气和温度升高等因素共同引起。目前尚未见考虑渗沥液水位、气压和温度共同影响填埋场边坡稳定性研究的报道。通过简化垃圾填埋场气压和温度分布的计算,利用瑞典条分法进行考虑渗沥液水位、气压和温度共同影响的填埋场边坡稳定性分析。计算结果表明:考虑气压和温度的影响使得填埋场边坡稳定安全系数降低24.7%~43.0%;建议在同时考虑渗沥液水位、气压和温度的影响进行填埋场边坡稳定分析时,控制最小安全系数大于1.0可保证填埋场安全运行。本研究可为垃圾填埋场的设计、施工和运行管理提供理论支撑。

摘要：研究目的:与典型的岩爆易发区为强烈挤压构造区不同,现今伸展构造为主的秦岭东段也具有高地应力、强岩爆特征。为保障铁路隧道等深地工程的建设和选线,本文对其地应力场特征、构造成因以及对岩爆的总体控制作用进行初步研究。研究结论:(1)秦岭东段实测最大水平主应力S_(H)的挤压方向不受现今区域构造控制,而表现出与伸展构造方向一致的NW-SE,S_(H)平均变化梯度高达2.94 MPa/100 m,与青藏高原相当,综合来看,该区以燕山期挤压作用形成的构造地应力为主,属于残余应力,该特征指示岩体应变能可保留达上亿年,且大型岩体内部的应变能不易被伸展构造所改变;(2)区域上,秦岭东段S_(H)始终为三向主应力中的最大值,是岩爆风险的主控因子,在铁路选线阶段,秦岭东段需重点考虑花岗岩和闪长岩等硬质岩的岩爆风险,700 m以上易发生中等岩爆,1400 m以上易发生强烈岩爆,建议尽量避免1400 m以上埋深隧道;(3)本研究成果可推广应用于秦岭及类似山区铁路地质选线及隧道岩爆风险防控。