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隧道围岩最大可移动块体求解及其应用

岩土工程学报 2024年

作者：张敏思杨勇王述红查文华东北大学资源与土木工程学院东华理工大学江西省地质环境与地下空间工程研究中心

由于结构面的隐蔽性，目前的勘察技术无法精确获取每条结构面的定位及力学参数，仅能根据出露情况获取产状信息。而结构面的定位是求解块体的关键因素，因此有必要考虑不同定位情况下结构面与开挖面的所有组合，并找到最不利情况，为工... 详细信息

由于结构面的隐蔽性，目前的勘察技术无法精确获取每条结构面的定位及力学参数，仅能根据出露情况获取产状信息。而结构面的定位是求解块体的关键因素，因此有必要考虑不同定位情况下结构面与开挖面的所有组合，并找到最不利情况，为工程开挖提供预测及评价。本文在构建节理锥的基础上，提出了一种投影平移法，实现了任意柱状开挖面上最大可移动区域的求解。在此基础上，采用离散-切割-组合方法重构了曲面块体。首先，设置一组放射状虚拟结构面对锥形块体进行切割，完成块体的单元离散；其次，在面单元分类的基础上提出了曲面切割单元的详细算法。最后对切割后的单元进行分类组合，实现了曲面块体的重构。基于VC++和OpenGL开发了三维可视化程序，通过算例和工程实例验证了算法的精度、适用性及鲁棒性。最大可移动块体程序可用于隧道走向的选择，为工程设计提供依据。

关键词：块体理论最大关键块体隧道工程节理岩体

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深部开采环境下底板隔水关键层深梁力学分析

煤田地质与勘探 2024年第9期52卷 80-91页

作者：王秉文查文华鲁海峰东华理工大学土木与建筑工程学院江西南昌330013 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

【目的】随着矿井开采深度增加,来自高承压岩溶水威胁增大,导致煤层工作面出现涌水、突水等水害现象,分析深部开采环境下煤层底板隔水关键层抵抗水压力强度是解决这一现象的重要内容之一。【方法】为解决此问题,将隔水底板简化为岩梁模... 详细信息

【目的】随着矿井开采深度增加,来自高承压岩溶水威胁增大,导致煤层工作面出现涌水、突水等水害现象,分析深部开采环境下煤层底板隔水关键层抵抗水压力强度是解决这一现象的重要内容之一。【方法】为解决此问题,将隔水底板简化为岩梁模型,并运用深梁理论解决深部开采突水预测中的岩梁模型问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,根据深梁弯曲力学特点,结合前人研究成果,将深梁条分成浅梁,通过弹性力学单根浅梁受力分布形式假定层间挤压应力σy为三次函数,给出深梁弯曲应力求解的条分技术,并将计算结果与弹性力学解、FLAC3D模拟结果进行对比。【结果和结论】结果表明,深梁条分解得到的应力及位移与数值解结果趋势更为接近,计算结果更为精确,相对误差均在10%以内,同时,随着条分层数增加,精度也增加,但提高幅度逐渐降低,因此,工程应用中针对深部岩梁模型条分到一定程度即可;随着高跨比不断增加,精度误差也在增加,说明条分层宽度不宜过大,否则造成误差增加;底板隔水关键层实例表明,当隔水关键层高跨比大于0.2时,为典型的深梁问题,常规弹性力学的最大拉应力求解结果误差较大,相对误差达到40.6%,给正确判定关键层突水危险性带来不利影响,此时采用深梁条分法求解应力精度较高,可为深部煤层底板突水预测研究起到重要的指导作用。

关键词：深部开采底板隔水层岩梁模型深梁数值模拟突水预测

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碱激发粉煤灰-矿渣基煤矸石透水混凝土制备及性能研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：查文华李杰莲吕文芳许涛林杭易进翔东华理工大学土木与建筑工程学院江西省地质环境与地下空间工程研究中心中南大学资源与安全工程学院

为弥补煤矸石透水混凝土强度缺陷，加强煤矸石在透水混凝土中的资源化利用。以碱激发粉煤灰-矿渣胶凝材料替代水泥，煤矸石取代部分天然粗骨料，制备碱激发粉煤灰-矿渣基煤矸石透水混凝土（AFSGPC）。通过正交试验和极差分析，探究骨料... 详细信息

为弥补煤矸石透水混凝土强度缺陷，加强煤矸石在透水混凝土中的资源化利用。以碱激发粉煤灰-矿渣胶凝材料替代水泥，煤矸石取代部分天然粗骨料，制备碱激发粉煤灰-矿渣基煤矸石透水混凝土（AFSGPC）。通过正交试验和极差分析，探究骨料级配、煤矸石取代率、水胶比、碱激发剂模数、目标孔隙率五个因素对AFSGPC力学性能和透水性能的影响程度；基于正交试验得到的基准配合比设计单因素优化试验，研究影响程度最显著的三个因素对AFSGPC力学性能和透水性能的作用效应及其机理，并确定最优配合比；结合X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）分析AFSGPC的矿物成分变化和微观形貌。结果表明：正交试验下AFSGPC的28 d抗压强度最大值为22.59 MPa，此时的劈裂抗拉强度为2.62 MPa，透水系数为2.41 mm/s，有效孔隙率为19.7%；影响AFSGPC基本性能最显著的三个因素为煤矸石取代率、水胶比和目标孔隙率；基于这三个显著因素优化后的配合比为：采用5～10 mm单级配骨料，煤矸石取代率为35%，水胶比为0.32，碱激发剂模数为1，目标孔隙率为15%，该配合比能够在满足透水混凝土路用规范要求的前提下最大程度利用煤矸石；AFSGPC力学性能的提升主要得益于碱激发粉煤灰-矿渣胶凝材料高强度、高粘性特性以及胶凝材料对界面过渡区结构的改善。研究结果为AFSGPC的制备及其工程应用提供一定的参考价值。

关键词：碱激发胶凝材料煤矸石透水混凝土配合比优化微观结构

基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

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水利水电技术（中英文） 2024年第3期55卷 140-147页

作者：邵炜星查文华许涛王荣荣程文博东华理工大学土木与建筑工程学院江西南昌310033 丰城曲江煤炭开发有限责任公司江西丰城331136

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象... 详细信息

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

关键词：隧洞直墙半圆拱形位移等代法等效圆围岩变形松动圈数值模拟

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

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科学技术与工程 2024年第1期24卷 378-385页

作者：梁译文查文华许涛刘造保刘小虎东华理工大学土木与建筑工程学院南昌330013 东北大学资源与土木工程学院沈阳110819 安徽理工大学土木建筑学院淮南232001

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;... 详细信息

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明,围岩-支护结构体系协同变形方程能很好地反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。支护强度为0.75 MPa时,理论计算拱顶沉降为18.9 mm,数值模拟拱顶沉降为21.6 mm;支护强度为1.5 MPa时,理论计算拱顶沉降为11.2 mm,数值模拟拱顶沉降为11.1 mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和交叉中隔壁法(cross diaphragm,CRD)施工时,建议支护强度设计为0.75~1.5 MPa,支护刚度设计为59.8~375.0 kN/mm。

关键词： Mohr-Coulomb准则围岩-支护结构体系支护强度支护刚度

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硬岩顶板切顶留巷围岩变形分区补强控制研究

水利水电技术（中英文） 2024年第7期55卷 157-172页

作者：邵炜星查文华杨国威许涛刘啸程文博陈登红东华理工大学土木与建筑学院江西南昌330013 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 丰城曲江煤炭开发有限责任公司江西丰城331136 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001

【目的】森达源煤矿传统的宽煤柱开采方式导致采掘接续紧张,并引发严重的围岩变形问题。切顶留巷技术可优化巷道支护条件,提高采煤效率,促进煤矿高效安全生产。【方法】以1号煤层的10101工作面为研究对象,运用FLAC 3D数值模拟软件,深入... 详细信息

【目的】森达源煤矿传统的宽煤柱开采方式导致采掘接续紧张,并引发严重的围岩变形问题。切顶留巷技术可优化巷道支护条件,提高采煤效率,促进煤矿高效安全生产。【方法】以1号煤层的10101工作面为研究对象,运用FLAC 3D数值模拟软件,深入探究了切顶高度、切顶角度、注浆加固深度对巷道掘进、预裂切顶和切顶留巷过程中煤帮内部、采空区及顶板应力变形特性的影响。确定出最佳切顶留巷方案。在此基础上,进一步模拟分析工作面前后不同区域的围岩受力变形情况。提出回采工作面前方0~30 m内为超前补强区,采取“高预应力锚索+单体配合铰接顶梁”的联合支护。后方0~100 m内为滞后补强区,采用“工字钢+单体支柱”联合支护,同时对矸石帮实施注浆加固。通过工程应用验证了区分补强控制变形措施的有效性。【结果】结果显示:最佳切顶留巷方案为切顶高度6 m,切顶角度15°,矸石帮注浆深度1 m。此方案下,10101工作面的巷道顶底板的最终变形量为155 mm,两帮的为84 mm,均符合矿井使用要求,验证了切顶留巷技术具有良好效果。【结论】结果表明:切顶留巷技术能有效解决传统宽煤柱开采方式中存在的围岩变形问题。然而,该技术的实施受切顶高度、切顶角度和矸石帮注浆深度等因素的影响较大,需结合数值模拟和现场状况进行具体确定。总体上,切顶留巷技术和分区补强控制措施对围岩变形的控制效果显著,为类似条件下的煤矿开采提供了宝贵的经验借鉴,因而具有广阔的应用前景。

关键词：硬岩切顶留巷围岩变形分区补强影响因素力学性能变形数值模拟

P-糖蛋白表达阳性对癌痛病人舒芬太尼或喷他佐辛PCIA效果的影响

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中华麻醉学杂志 2024年第9期44卷 1112-1116页

作者：方志勇王凌川王军丰陈杨树东穆会君查文华 211200 132013 214023 210018 214023 214023

目的评价P-糖蛋白表达阳性对癌痛病人舒芬太尼或喷他佐辛PCIA的效果。方法本研究为回顾性队列研究。收集2020年1月至2024年1月于南京市溧水区人民医院进行治疗的癌痛病人的病历资料，年龄54～71岁，体质量49～67 kg，性别不限，TNM... 详细信息

目的评价P-糖蛋白表达阳性对癌痛病人舒芬太尼或喷他佐辛PCIA的效果。方法本研究为回顾性队列研究。收集2020年1月至2024年1月于南京市溧水区人民医院进行治疗的癌痛病人的病历资料，年龄54～71岁，体质量49～67 kg，性别不限，TNM分期Ⅱ-Ⅳ期。采用免疫组织化学法测定肿瘤组织P-糖蛋白表达情况。将肿瘤组织P-糖蛋白表达阴性的病人分为2组：舒芬太尼组(S 1 组)和喷他佐辛组(P 1 组)；将肿瘤组织P-糖蛋白表达阳性的病人分为2组：舒芬太尼组(S 2 组)和喷他佐辛组(P 2 组)。当VAS>5 cm时行PCIA，S 1 组和S 2 组采用枸橼酸舒芬太尼2 μg/kg＋托烷司琼10 mg；P 1 组和P 2 组采用喷他佐辛3 mg/kg＋托烷司琼10 mg，4组均以生理盐水稀释成100 ml，负荷量5 ml，背景输注速率2 ml/h，PCA剂量1 ml，锁定时间10 min。镇痛期间VAS>3 cm时，静脉注射氟比洛芬酯50 mg补救。记录PCIA 4 h内、>4～12 h、>12～24 h及>24～48 h时段舒芬太尼、喷他佐辛用量和氟比洛芬酯使用情况。记录镇痛期间呼吸抑制(SpO 2 0.05)；与P 1 组比较，P 2 组PCIA 4 h内、>4～12 h及>24～48 h时段喷他佐辛用量升高( P 0.05)。结论 P-糖蛋白表达阳性可能会减弱癌痛病人喷他佐辛PCIA的效果，而对舒芬太尼PCIA的效果可能无影响。

关键词： ATP结合盒转运体,亚家族B,成员1 舒芬太尼喷他佐辛肿瘤疼痛镇痛,病人控制

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热活化锂渣复合水泥基凝胶材料配比优化

非金属矿 2024年第3期47卷 38-43页

作者：查文华邵炜星周雪云许涛东华理工大学土木与建筑工程学院江西南昌310033

为提高热活化锂渣复合水泥基凝胶材料工程性能,实现锂渣高效资源化利用,基于室内单因素试验,采用响应面法分析了热活化锂渣掺量、水玻璃掺量、水固比、水玻璃模数和水玻璃波美度对流动度、凝胶时间、析水率及3 d、28 d抗压强度的影响,... 详细信息

为提高热活化锂渣复合水泥基凝胶材料工程性能,实现锂渣高效资源化利用,基于室内单因素试验,采用响应面法分析了热活化锂渣掺量、水玻璃掺量、水固比、水玻璃模数和水玻璃波美度对流动度、凝胶时间、析水率及3 d、28 d抗压强度的影响,确定最优配比,并验证该配比下材料的工程效果。结果表明,在热活化锂渣掺量7.32%、水玻璃掺量8.81%、水固质量比0.6∶1、减水剂0.4%的条件下,制备的热活化锂渣复合水泥基凝胶材料流动度为235.69 mm,凝胶时间为73.54 s,析水率为1.123%,3 d、28 d抗压强度分别为11.54 MPa、22.9 MPa。与传统水泥基凝胶材料性能相比,其工程性能和抗硫酸盐侵蚀性均表现更优。

关键词：热活化锂渣凝胶材料配比优化水玻璃

不同降雨类型循环下二元边坡渗流场及稳定性分析

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水力发电 2024年第7期50卷 31-37页

作者：查文华杨晗许涛赵志豪黄仁贵东华理工大学土木与建筑工程学院江西南昌330103

为研究不同降雨条件对二元边坡的影响,以福建某公路边坡为例,基于饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-Studio软件,模拟不同类型降雨对二元边坡渗流场和稳定性的影响,探讨不同降雨类型循环条件下二元边坡的渗流场和安全系数的变化规律。结果表... 详细信息

为研究不同降雨条件对二元边坡的影响,以福建某公路边坡为例,基于饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-Studio软件,模拟不同类型降雨对二元边坡渗流场和稳定性的影响,探讨不同降雨类型循环条件下二元边坡的渗流场和安全系数的变化规律。结果表明,降雨引起的孔隙水压力变化在边坡表层土体和内部岩层之间存在显著差异,土-岩接触面存在潜在滑动面;总降雨量相同时,表层土体孔隙水压力变化曲线呈现不同变化规律,前期型呈上凸型,中期型、均匀型都呈直线型,后期型呈下凹型;下部岩层坡顶、坡面处孔隙水压力变化曲线在降雨周期前期不变,在后期突然增大升至饱和状态,坡脚处岩层的孔隙水压力变化趋势与表层土体一致;安全系数变化与降雨时间分布一致,并具有明显的滞后性;降雨最不利时,潜在滑动面由边坡内部上移到土-岩接触面处及内部岩层接触面处。

关键词：降雨入渗二元边坡稳定性分析饱和-非饱和渗流潜在滑动面安全系数