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深部软岩工程的研究进展与挑战

煤炭学报 2014年第8期39卷 1409-1417页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

随着开采深度的增加,地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂,深部工程灾害日益严重,深部软岩工程灾害尤其严重,给深部软岩工程问题研究提出了严峻的挑战。以深部的科学定义为基础,从深部软岩吸水软化机理、深部含结... 详细信息

随着开采深度的增加,地应力增大、涌水量加大、地温升高等深部地质环境愈加复杂,深部工程灾害日益严重,深部软岩工程灾害尤其严重,给深部软岩工程问题研究提出了严峻的挑战。以深部的科学定义为基础,从深部软岩吸水软化机理、深部含结构面软岩非对称大变形机理、深部软岩岩爆机理、高温高湿环境引起深部岩体软化大变形机理等方面论述了深部软岩工程变形破坏机理、试验方法和装备方面的研究进展,总结了深部软岩大变形设计方法和控制技术,以及以恒阻大变形锚杆为主体的深部软岩大变形控制新材料的研究进展,并提出了深部软岩工程未来面临的主要挑战。

关键词：深部软岩工程研究进展挑战

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基于界面牛顿力测量的双体灾变力学模型研究

岩石力学与工程学报 2016年第11期35卷 2161-2173页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

地震和滑坡灾害是人类面临的2种主要地质灾害,严重威胁人类社会的安全。这两类地质灾害的本质是相同的,通常与沿着构造带(面)两侧块体的相对运动有关。然而,常规监测方法主要针对位移、水位等进行监测,这些参数是产生灾变的必要条件,而... 详细信息

地震和滑坡灾害是人类面临的2种主要地质灾害,严重威胁人类社会的安全。这两类地质灾害的本质是相同的,通常与沿着构造带(面)两侧块体的相对运动有关。然而,常规监测方法主要针对位移、水位等进行监测,这些参数是产生灾变的必要条件,而非充分条件,不能作为灾变预测的主要依据。通过实验室模拟研究,首先发现"牛顿力突降,灾变发生"的实验现象,证明2个块体相对运动的核心问题是构造带(面)上的牛顿力变化;其次,在此基础上建立基于牛顿力变化测量的双体灾变力学模型和数学表达,并提出牛顿力的测量方法;最后,利用自主研发的牛顿力变化远程监测预警系统,通过滑坡现场监测,证实"牛顿力突降,滑坡发生"的科学现象。

关键词：边坡工程双体灾变力学模型牛顿力测量灾害监测预警准则

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深部建井力学研究进展

煤炭学报 2021年第3期46卷 726-746页

作者：何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展,新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1 000万t,开采最大深度已达1 500 m。千米深井在建井时所处的高应力、"各向异性"(包括岩体、结构、应力等)复杂地质力学环境... 详细信息

随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国煤炭开采朝着深部化和大型化方向发展,新建和改扩建的大型立井年生产能力已达1 000万t,开采最大深度已达1 500 m。千米深井在建井时所处的高应力、"各向异性"(包括岩体、结构、应力等)复杂地质力学环境,造成井筒以及井底车场大巷围岩出现塌方、岩爆以及冲击地压等大变形灾害,严重影响深部矿井安全高效建设。在国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项"煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术"支持下,提出了深部非均压建井模式,以非均匀支护应对非均匀围岩压力;对煤系地层深部建井中典型的地层结构进行分类,并建立了深部不同应力条件下立井井筒力学模型;开展了一系列模拟深部环境下的多场、多尺度岩石力学实验,探明了深部建井岩体的各向异性与深部环境相互作用过程中的大变形力学特性,揭示了深部复杂地质环境下岩体大变形力学机理;研发了适用于深部建井岩体大变形控制NPR锚杆锚索新材料,进行了一系列拉拔力学实验对其优越性进行科学论证,并最终形成了一整套基于NPR锚杆锚索的支护技术;开展了无煤柱自成巷N00矿井建设研究,基于"切顶短臂梁"理论,建立了采矿损伤不变量的采矿工程模型。

关键词：深部开采矿井建设岩石力学非均压建井 NPR锚杆锚索

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动载频率对砂岩冲击岩爆影响的实验研究

岩石力学与工程学报 2022年第7期41卷 1310-1324页

作者：刘冬桥胡天祥王炀凌凯韩子杰何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

冲击岩爆是指岩体开挖卸荷后,巷道结构已经形成且处于较为稳定的状态,在受到周围的工程扰动冲击后,在动静组合荷载作用下导致岩石剧烈弹射破坏的现象。利用冲击岩爆实验系统,开展不同动载频率条件下的冲击岩爆实验研究。通过图像采集系... 详细信息

冲击岩爆是指岩体开挖卸荷后,巷道结构已经形成且处于较为稳定的状态,在受到周围的工程扰动冲击后,在动静组合荷载作用下导致岩石剧烈弹射破坏的现象。利用冲击岩爆实验系统,开展不同动载频率条件下的冲击岩爆实验研究。通过图像采集系统拍摄试样洞室内部的岩爆全过程图像,获取冲击岩爆不同阶段的破坏特征现象,岩爆孕育破坏过程可划分为平静阶段、颗粒弹射阶段、局部鼓起阶段、碎屑剥落阶段、贯通破坏阶段和岩爆阶段。岩爆的爆坑截面呈V型,随动载频率增大,V型爆坑的破坏更加集中,爆坑呈现“闭合”趋势,即爆坑呈现“窄而深”的特征。动载频率对冲击岩爆破坏的剧烈程度有明显影响:随着动载频率增大,岩爆破坏阶段声发射的活动性增强,释放能量更多,岩爆碎屑破碎程度更高,能量耗散增多,岩爆剧烈程度增强。

关键词：岩石力学冲击岩爆动载频率爆坑碎屑声发射

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NPR锚杆/索围岩动力响应数值模拟分析

东北大学学报（自然科学版） 2022年第8期43卷 1159-1167页

作者：郭隆基何满潮瞿定军陶志刚中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 远安县燎原矿业有限责任公司湖北宜昌444200

为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿采区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支... 详细信息

为了解决深部开采造成的冲击地压、大变形和常规锚杆/索破断失效等问题,本文以某煤矿采区为研究试验段,基于高地应力软岩大变形破坏机理,采用FLAC3D-PFC3D耦合建模方法首次开展NPR锚杆/索动力学数值模拟研究,建立PR和NPR锚杆/索两种支护方案的数值模型,对比分析动荷载下硐室围岩以及锚杆的受力、位移情况.结果表明:25 MPa冲击荷载下,25根PR支护锚杆/索中21根已失效,围岩大面积失稳,耦合墙出现严重变形,硐室呈现内凸弧形变形破坏.而相同条件下,NPR锚杆/索均未失效,硐室围岩稳定性保持良好.

关键词：冲击地压 NPR锚杆/索围岩支护 FLAC3D 硐室稳定性

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露天矿反倾边坡破坏模式及加固机制模型试验

中国矿业大学学报 2022年第4期51卷 661-673页

作者：陶志刚邓飞任树林姜勇郑小慧何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 自然资源部地质环境监测工程技术创新中心河北保定071000 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 内蒙古太平矿业有限公司内蒙古包头014000 中建二局第三建筑工程有限公司北京100071

为研究露天矿层状反倾边坡出现的大规模弯曲倾倒破坏模式,开展在未支护及恒阻大变形锚索(NPR锚索)支护条件下的45°倾角多节理反倾边坡开挖物理模型试验.采用多源监测系统采集边坡开挖过程中锚索轴力、应变场及位移场等数据.结果表明:... 详细信息

为研究露天矿层状反倾边坡出现的大规模弯曲倾倒破坏模式,开展在未支护及恒阻大变形锚索(NPR锚索)支护条件下的45°倾角多节理反倾边坡开挖物理模型试验.采用多源监测系统采集边坡开挖过程中锚索轴力、应变场及位移场等数据.结果表明:无支护反倾层状边坡开挖过程中表现出4种典型破坏模式:后缘带张拉破坏、坡肩叠瓦状破坏、坡腰弯折破坏以及坡底冲切破坏;采用NPR锚索支护后的边坡在相同的开挖条件下未发生大面积失稳破坏;边坡开挖过程中,NPR锚索轴力呈突增、突降及稳定波动3种模式循环演变,分别对应边坡变形过程中单元板裂缝发育、断裂及坡体复稳3种现象;NPR锚索具有吸能特性,且锚索轴力预警准则同样适用于NPR锚索支护下的岩质反倾边坡.

关键词：边坡工程反倾边坡恒阻大变形锚索物理模型试验滑坡预警

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负泊松比锚杆/索力学特性及其工程应用

力学与实践 2022年第1期44卷 75-87页

作者：何满潮杜帅宫伟力聂雯中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 滨州学院建筑工程学院山东滨州256600 河北工业大学土木与交通学院天津300401

深部工程中岩体的复杂非线性力学行为认知与地质灾害的控制和预测,是矿山岩体力学界面临的主要挑战。具有负泊松比结构的负泊松比(negative Poisson’s ratio,NPR)锚杆具有拉不断、高恒阻力、理想弹塑性本构关系等超常特性,其恒阻力由NP... 详细信息

深部工程中岩体的复杂非线性力学行为认知与地质灾害的控制和预测,是矿山岩体力学界面临的主要挑战。具有负泊松比结构的负泊松比(negative Poisson’s ratio,NPR)锚杆具有拉不断、高恒阻力、理想弹塑性本构关系等超常特性,其恒阻力由NPR结构决定,与外载荷和岩体性质无关。NPR锚杆与岩体相互作用时,会改变岩体的力学行为,可实现岩体力学行为的降维与解耦分析;不仅可以对岩体大变形与冲击地压等地质灾害进行有效控制,同时可以通过小扰动控制的方式实现对岩体工程灾害发生机理的认知与预测,为解决深部岩体中复杂非线性问题开创了新的途径。本文介绍了NPR锚杆的静力与动力本构关系、NPR锚杆与岩体相互作用机理及其在冲击地压、滑坡等地质灾害控制与预测中的应用。

关键词：负泊松比岩体支护本构关系冲击地压控制滑坡预测

负泊松比(NPR)锚杆/索力学特性及其工程应用

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力学与实践 2022年

作者：何满潮杜帅宫伟力聂雯中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院滨州学院建筑工程学院河北工业大学土木与交通学院

深部工程中岩体的复杂非线性力学行为认知与地质灾害的控制和预测，是矿山岩体力学界面临的主要挑战。具有负泊松比结构的负泊松比（negative Poisson’s ratio， NPR）锚杆具有拉不断、高恒阻力、理想弹塑性本构关系等超常特性，其恒...

深部工程中岩体的复杂非线性力学行为认知与地质灾害的控制和预测，是矿山岩体力学界面临的主要挑战。具有负泊松比结构的负泊松比（negative Poisson’s ratio， NPR）锚杆具有拉不断、高恒阻力、理想弹塑性本构关系等超常特性，其恒阻力由NPR结构决定，与外载荷和岩体性质无关。NPR锚杆与岩体相互作用时，会改变岩体的力学行为，可实现岩体力学行为的降维与解耦分析；不仅可以对岩体大变形与冲击地压等地质灾害进行有效控制，同时可以通过小扰动控制的方式实现对岩体工程灾害发生机理的认知与预测，为解决深部岩体中复杂非线性问题开创了新的途径。本文介绍了NPR锚杆的静力与动力本构关系、NPR锚杆与岩体相互作用机理及其在冲击地压、滑坡等地质灾害控制与预测中的应用。

关键词：

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高地温隧道灾变机制与灾害防控研究进展

岩石力学与工程学报 2023年第7期42卷 1561-1581页

作者：郭平业卜墨华张鹏李清波何满潮中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

随着隧道工程向着“深、大、长”的方向发展,高地温成为隧道建设不可避免的地质灾害之一。从高地温隧道的主要灾害形式、分类分级标准和灾害防控技术3个方面对相关文献进行归纳,总结已有研究成果。高地温主要致灾形式包括导致隧道内部... 详细信息

随着隧道工程向着“深、大、长”的方向发展,高地温成为隧道建设不可避免的地质灾害之一。从高地温隧道的主要灾害形式、分类分级标准和灾害防控技术3个方面对相关文献进行归纳,总结已有研究成果。高地温主要致灾形式包括导致隧道内部湿热环境、加剧隧道围岩变形与破坏和诱发隧道支护结构失效。已有地下工程的热害分类分级标准主要以围岩温度和隧道内环境温度为依据,重点考虑高地温造成的热环境对施工人员健康的影响,忽略了高地温对围岩和支护结构的影响,且未能考虑高温涌水。高地温隧道湿热环境调控技术包括非人工制冷降温技术和人工制冷降温技术,探索适合高温环境的支护结构形式、技术与材料是控制围岩变形与破坏和预防支护结构失效的主要途径。西南地区是我国面临高地温灾害的重要区域之一,具有超高岩温、高温涌水、超长距离通风和高原高寒气候等特征,综合考虑该地区高地温诱发的灾害类型,提出以干热型和水热型为两大类的高地温隧道热害分类分级标准。在此基础上,结合“对症下药,分类防治”的高地温隧道热害防控原则,探索了西南地区极端高地温隧道灾害防控对策。

关键词：隧道工程高地温灾变机制灾害控制湿热环境