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岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究

岩土力学 2011年第9期32卷 2570-2576,2622页

作者：韩立军宗义江韩贵雷张后全中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

为了研究破裂岩体结构面的注浆加固效果,并揭示其加固实质和作用机制,对单轴压缩试验形成的破裂岩样结构面粗糙度进行了测量与研究;通过破裂岩样结构面注浆加固的剪切试验,分析了注浆对结构面强度和刚度等力学特性参数的影响;通过锯齿... 详细信息

为了研究破裂岩体结构面的注浆加固效果,并揭示其加固实质和作用机制,对单轴压缩试验形成的破裂岩样结构面粗糙度进行了测量与研究;通过破裂岩样结构面注浆加固的剪切试验,分析了注浆对结构面强度和刚度等力学特性参数的影响;通过锯齿形模型化结构面注浆前后剪切试验,分析了锯齿形结构面的力学特性及注浆加固对模型化结构面的影响。研究结果表明,同种岩样压裂后结构面粗糙度系数JRC相近,其数值约为8～10,具有可复制性;注浆后结构面残余强度、剪切峰值强度及上升段斜率均有明显提高;注浆后岩体中结构面的刚度也得到了明显改善;通过理论分析,给出了结构面刚度的理论拟合公式;结构面的剪切峰值强度及残余强度随着锯齿形齿数的增多明显提高,注浆加固后,结构面剪切峰值强度、黏聚力都有不同程度的增大,而内摩擦角变化不大。

关键词：岩石结构面抗剪强度力学特性注浆加固 JRC-JCS模型

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大断面软弱破碎围岩煤巷演化规律与控制技术

煤炭学报 2016年第8期41卷 1885-1895页

作者：孟庆彬韩立军乔卫国宗义江李云李浩中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学) 山东青岛266590

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研... 详细信息

随着矿井开采深度与巷道断面尺寸的增加,煤巷围岩松软、破碎程度越来越严重,煤巷顶板冒落的危险性增大,大断面煤巷支护与维护难度随之增加。基于煤巷围岩松动圈测试与分析,揭示了大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征;采用FLAC3D模拟研究了不同巷道布置方式、顶煤厚度、巷道高宽比及侧压系数等条件下大断面软弱破碎围岩煤巷开挖后围岩变形特征、塑性区演化规律及应力分布特征,为煤巷优化布置、合理支护方案与参数的选取提供了理论依据;针对大断面软弱破碎围岩煤巷变形破坏特征与支护难点,提出了全断面锚网索喷初次支护、高预应力锚索与锚注二次加固组成的"三锚"联合支护技术方案,采用数值模拟分析与相似材料模型试验,验证了该方案的合理性与围岩控制效果,并进行了井下工业性试验。监测结果表明,采用"三锚"联合支护技术,有效地控制了大断面软弱破碎围岩煤巷的大变形与底臌,维持了煤巷围岩与支护结构的稳定及安全。

关键词：软弱破碎煤巷 “三锚”联合支护演化规律 FLAC3D数值模拟相似材料模型试验

极破碎软岩巷道失稳机理与动态迭加耦合支护技术研究

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采矿与安全工程学报 2013年第3期30卷 355-362页

作者：宗义江韩立军郜建明中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司山西长子046605

基于赵庄矿极破碎软岩巷道长期矿压监测、围岩力学参数测试与矿物成分分析及松动圈测试等成果,分析了巷道围岩变形破坏的特点,揭示了极破碎软岩巷道变形失稳机理;针对该矿极破碎软岩巷道提出了由预留变形量、锚网索喷耦合支护、二次锚... 详细信息

基于赵庄矿极破碎软岩巷道长期矿压监测、围岩力学参数测试与矿物成分分析及松动圈测试等成果,分析了巷道围岩变形破坏的特点,揭示了极破碎软岩巷道变形失稳机理;针对该矿极破碎软岩巷道提出了由预留变形量、锚网索喷耦合支护、二次锚注加固组成的动态迭加耦合支护技术方案,并通过相似模型试验和井下工程实践对该技术方案的支护效果进行了验证。研究表明:通过预留变形量释放围岩中的变形能和高应力,顶板高预应力锚索、帮部高预应力锚杆和低预应力锚索实现"控顶卸压",低压浅孔充填和高压深孔渗透注浆相结合形成积极有效的锚注支护结构和多层组合拱(梁)结构,底角和底板锚注有效控制巷道底鼓,从而实现对极破碎软岩巷道围岩变形的有效控制。

关键词：破碎围岩软岩巷道变形失稳耦合支护控制技术

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下伏开采软岩巷道底鼓机理与控制技术

矿业安全与环保 2017年第1期44卷 53-57页

作者：宗义江高杰江苏建筑职业技术学院能源与交通工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

综合运用现场实测、数值模拟与工程实践等手段,分析了磴槽煤矿下伏煤层开采软岩巷道围岩的变形破坏特点,揭示了下伏开采软岩巷道底鼓机理:下伏煤层采动使巷道底板成为碎裂结构,并致使巷道两帮产生收敛变形挤压底板;破碎的巷道底板在地... 详细信息

综合运用现场实测、数值模拟与工程实践等手段,分析了磴槽煤矿下伏煤层开采软岩巷道围岩的变形破坏特点,揭示了下伏开采软岩巷道底鼓机理:下伏煤层采动使巷道底板成为碎裂结构,并致使巷道两帮产生收敛变形挤压底板;破碎的巷道底板在地应力和集中应力共同作用下向巷道内移动,形成底鼓。提出了由预留变形量、初次高性能锚网喷支护、锚注二次加固、底角高性能锚固与注浆加固组成的底鼓控制技术。工程应用效果表明,所提出的底鼓控制技术有效地控制了巷道底鼓,保证了巷道围岩和支护结构的稳定,可为其他下伏开采软岩巷道的支护设计与底鼓控制提供理论依据和实践参考。

关键词：深井软岩巷道下伏开采变形破坏底鼓机理底鼓控制

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深埋背斜软层巷道围岩稳定性演化规律研究

采矿与安全工程学报 2017年第3期34卷 495-503页

作者：高圣元赵维生赵铁林宗义江煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 江苏建筑职业技术学院江苏徐州221116

针对深埋背斜构造软岩地层巷道围岩的稳定性问题,通过70组数值模型并结合现场试验,研究了在深埋背斜构造的软岩地层中开挖巷道后,围岩稳定性表征变量随应力场和巷道轴向布置角度α变化的演化规律,揭示了深埋背斜构造软岩地层中巷道位置... 详细信息

针对深埋背斜构造软岩地层巷道围岩的稳定性问题,通过70组数值模型并结合现场试验,研究了在深埋背斜构造的软岩地层中开挖巷道后,围岩稳定性表征变量随应力场和巷道轴向布置角度α变化的演化规律,揭示了深埋背斜构造软岩地层中巷道位置布置与轴向角度设计对巷道围岩的稳定性影响。结果表明:1)背斜构造中巷道布置位置和轴向布置角度α的变化均对围岩稳定性产生明显影响,且后者的影响更加显著;2)背斜构造中两翼处的围岩稳定性高于脊线附近,在进行巷道布置设计时,应综合考虑位置与轴向角度对围岩稳定性的影响,并将巷道布置在有利于围岩稳定的一侧。

关键词：深埋软岩巷道背斜构造围岩稳定性布置位置巷道轴向角度

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高承压水作用下突水巷道注浆恢复与支护技术

采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 992-998页

作者：宗义江韩立军黄小忠郝鸿声中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 江苏建筑职业技术学院江苏徐州221116 马钢(集团)控股有限公司姑山矿业公司白象山铁矿安徽马鞍山243003

基于白象山铁矿-390 m巷道过F4断层发生突水后的工程地质条件,提出地面注浆技术方案,对突水巷道进行注浆堵水恢复。基于隧道地震波勘探和瞬变电磁法超前物探结果,提出超前管棚预加固技术方案,保证了巷道通过F4断层过程中围岩的稳定与施... 详细信息

基于白象山铁矿-390 m巷道过F4断层发生突水后的工程地质条件,提出地面注浆技术方案,对突水巷道进行注浆堵水恢复。基于隧道地震波勘探和瞬变电磁法超前物探结果,提出超前管棚预加固技术方案,保证了巷道通过F4断层过程中围岩的稳定与施工安全。针对后期承载和高抗渗性的要求,通过数值模拟分析确定了型钢支架与网喷初次支护、二次衬砌支护结构型式与技术参数,并通过预埋的注浆管对衬砌壁后及破碎围岩进行二次补强注浆加固,保证了高承压水作用下突水巷道围岩与支护结构的长期稳定和安全。

关键词：高承压水断层破碎带突水超前探测预加固

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含弧形预制裂隙砂岩力学特征试验研究

煤炭学报 2019年第9期44卷 2721-2732页

作者：朱栋靖洪文尹乾陶祥令宗义江中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 江苏建筑职业技术学院能源与交通工程学院江苏徐州221116

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值... 详细信息

天然岩体中富含近似弧形裂隙缺陷,在外荷载作用下弧形裂隙容易萌生新生裂纹,新生裂纹的扩展容易导致岩石工程的失稳,但针对含弧形预制裂隙岩石力学相关特征的研究还不够全面,基于此在板状黄砂岩试样内预制了不同γ值(弧形高度和直径比值)的弧形裂隙,研究含弧形预制缺陷砂岩的力学特征。利用高压水射流切割机在完整板状黄砂岩试样中切割出不同γ值弧形裂隙缺陷,采用YNS-2000型电液伺服控制试验系统、DS2声发射和数字照相采集系统研究了不同弧形裂隙γ在单轴压缩作用下对黄砂岩峰值强度、平均模量、割线模量、声发射、破坏过程、起裂形式、起裂应力和破坏形式的影响规律。利用复变函数求解在弧形裂隙应力场中所构建的黎曼-希尔伯特问题,获得尖端应力强度因子表达式。试验结果表明:①弧形裂隙缺陷砂岩试样随着γ的增大,峰后试样的承载能力逐渐降低,试样峰值强度、平均模量和割线模量出现总体减小趋势,当γ=0.2时峰值强度最大为27.09MPa;当γ=1时峰值强度最小为18.99MPa。②预制弧形裂隙γ对试样起裂应力、起裂位置、破裂演化过程、声发射特征和破坏模式均具有重要影响,随着γ值的增大,试样起裂应力呈总体减小趋势,当γ=0.8时,试样的平均起裂应力最小,其值为4.99MPa;当γ=0时,试样的平均起裂应力值为11.08MPa,平均起裂应力值最大。③随着γ的增大,试样的破坏模式由拉剪混合破坏向拉伸破坏转变,当γ=0时,试样为拉剪破坏;当γ在0.2~1.0时,试样为拉伸破坏。初始起裂裂纹扩展并不是导致试样最终破坏的原因,次生裂纹的扩展与自由面贯通才是导致试样整体破坏原因,试样破坏瞬间释放大量弹性能导致岩块折断和表面剥落现象。通过对含弧形裂隙裂纹扩展机制探讨推导出应力强度因子表达式,并根据该表达式求出相应应力强度因子值,曲线拟合后发现其变化趋势与试验值变化趋势基本吻合。研究仅通过单轴压缩作用研究发现弧形裂隙γ对砂岩力学参数、破裂演化过程和破坏形式影响明显,为了充分研究外界荷载对含弧形裂隙砂岩的破坏特征,将通过改变加载形式和加载路径深入研究含该类缺陷岩石的力学特征。

关键词：弧形裂隙起裂应力破裂过程声发射应力强度因子

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破碎软岩斜井巷道锚网喷注耦合支护技术

采矿与安全工程学报 2009年第3期26卷 288-291,296页

作者：陈城韩立军张后全宗义江中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008

针对河南磴槽煤矿西区人行斜井围岩破碎变形严重的特点,在分析其原因的基础上提出了U型钢支架、壁后充填、锚网喷、锚注的耦合支护方式.工程应用实践表明,该耦合支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效控制了深部破碎软岩巷道的变形,... 详细信息

针对河南磴槽煤矿西区人行斜井围岩破碎变形严重的特点,在分析其原因的基础上提出了U型钢支架、壁后充填、锚网喷、锚注的耦合支护方式.工程应用实践表明,该耦合支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效控制了深部破碎软岩巷道的变形,取得了显著的技术经济效益.

关键词：破碎围岩 U型钢支架壁后充填锚网喷注耦合支护

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破裂岩体承压注浆加固力学特性试验研究

采矿与安全工程学报 2013年第4期30卷 483-488页

作者：宗义江韩立军韩贵雷中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 华北有色工程勘察院有限公司河北石家庄050021

在完整岩样单轴压缩试验的基础上,采用自制注浆系统对破裂岩样进行了承压注浆加固和固结体的力学特性试验,并利用KH-3000视频仪对注浆加固前后岩样的微观结构进行了观测和分析。研究结果表明:破裂岩样存在大量的贯穿裂隙,岩样破坏以张... 详细信息

在完整岩样单轴压缩试验的基础上,采用自制注浆系统对破裂岩样进行了承压注浆加固和固结体的力学特性试验,并利用KH-3000视频仪对注浆加固前后岩样的微观结构进行了观测和分析。研究结果表明:破裂岩样存在大量的贯穿裂隙,岩样破坏以张拉破坏为主;承压注浆后,破裂岩样的张拉和倾斜破裂面得到了不同程度的充填和固结,其强度与破裂岩样残余强度相比有较大的提高,但强度恢复系数不高;承压注浆能够促进破裂岩样的变形由脆性向延性转化,并使其侧向变形和轴向变形趋于协调;围压水平对浆液注浆量、岩样径向应变、注浆固结体强度及强度恢复系数有着很大影响,随着围压的增大,加固效果显著增强。

关键词：破裂岩体承压注浆力学特性单轴压缩