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部分充填开采工作面围岩稳定性分析及采充工艺优化

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河南理工大学学报(自然科学版) 2023年

作者：冀宇鑫李鹤鹤宋高峰北方工业大学土木工程学院

为了进一步研究部分充填采煤技术顶板及覆岩移动规律，采用弹性地基梁理论建立顶板挠度微分方程，明确充填体弹性地基系数以及直接顶弹性模量与顶板下沉的关系，并建立Phase 2D有限元数值模型，研究部分充填条件下充填体刚度及充填步距... 详细信息

为了进一步研究部分充填采煤技术顶板及覆岩移动规律，采用弹性地基梁理论建立顶板挠度微分方程，明确充填体弹性地基系数以及直接顶弹性模量与顶板下沉的关系，并建立Phase 2D有限元数值模型，研究部分充填条件下充填体刚度及充填步距对覆岩稳定性的影响规律。结果表明：充填区直接顶最终下沉量随充填体弹性地基系数增大而减小；随着顶板弹性模量增大，工作面范围内直接顶下沉量逐渐减小，而充填区直接顶下沉量没有太大变化；随着充填体刚度和充填步距增大，工作面前方塑性区、工作区域直接顶下沉量、工作面上方覆岩垂直位移都随之减小，且在充填步距对围岩稳定性的影响中，高宽比相对于及时支护更为显著。

关键词：部分充填充填步距充填体刚度顶板下沉围岩稳定性

花岗岩蚀变土力学特性及其洞室围岩稳定性模糊评判

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2023年第4期44卷 76-82页

作者：王竹波张艳艳张红光刘云中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001 河南新华五岳抽水蓄能发电有限公司河南信阳465400

花岗岩蚀变带岩体软弱、破碎,工程维护面临诸多技术难题。以河南五岳抽水蓄能电站蚀变花岗岩土为研究对象,开展了固结排水三轴剪切试验,研究了自然含水状态下蚀变花岗岩重塑土的力学强度特性,并在试验结果的基础上运用模糊评判理论,分... 详细信息

花岗岩蚀变带岩体软弱、破碎,工程维护面临诸多技术难题。以河南五岳抽水蓄能电站蚀变花岗岩土为研究对象,开展了固结排水三轴剪切试验,研究了自然含水状态下蚀变花岗岩重塑土的力学强度特性,并在试验结果的基础上运用模糊评判理论,分析了该土体各力学强度指标对洞室围岩稳定性影响的权重。结果表明:围压的改变会显著影响试样的剪切强度,围压应力水平愈大,剪切强度值愈高,黏聚力亦愈大;伴随的试样破坏形式主要表现为中间鼓出的塑性大变形特征;内摩擦角和泊松比是影响试样力学强度特性的主控因素,而变形模量的影响权重最小。

关键词：蚀变花岗岩土力学特性围岩稳定性重塑土模糊评判

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锚杆–围岩承载结构支护下隧洞稳定性分析

岩土力学 2018年第S1期39卷 122-130页

作者：谷拴成周攀黄荣宾西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054

为避免锚杆支护过剩或支护不足以及快速地、准确地评价被锚隧洞围岩稳定性,首先将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体,基于弹性理论推导出加固体的物理力学参数表达式,建立了围岩与加固体协调变形力学模型,并对该模型进行弹塑性... 详细信息

为避免锚杆支护过剩或支护不足以及快速地、准确地评价被锚隧洞围岩稳定性,首先将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体,基于弹性理论推导出加固体的物理力学参数表达式,建立了围岩与加固体协调变形力学模型,并对该模型进行弹塑性力学分析,同时提出了围岩稳定性评价方法,最后将该理论与已有理论和数值模拟进行了对比,研究不同锚杆支护强度对围岩稳定系数的影响。结果表明,通过文中理论得到的隧洞塑性圈半径以及洞壁位移与已有理论的计算结果相比分别相差0.8%和2.1%,并且理论计算值与数值模拟的结果能较好地吻合,从而验证了文中理论的合理性;锚杆长度和锚杆间排距对围岩稳定性影响较大,锚杆支护设计遵循长而疏、短而密的原则;当间排距减小或者预紧力增大时,所需要的最佳锚杆长度有所减小。文中理论可为锚杆支护下的隧洞围岩稳定性研究提供相对简洁快速的定量计算方法。

关键词：隧道工程均匀化方法全长粘结式锚杆弹塑性分析围岩稳定性

基于尖点突变理论的大凉山隧道断层带渗流/爆破开挖时围岩稳定性研究

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水电能源科学 2023年第11期41卷 138-142页

作者：郭彦超李旭哲苗景川陈诺李文杰梁斌中铁十五局集团第一工程有限公司陕西西安710018 河南科技大学土木建筑学院河南洛阳471000

依托四川省乐西高速大凉山^(#)2隧道项目,基于尖点突变理论所提出的失稳判据对围岩稳定性进行判定,采用有限元软件MIDAS GTS NX建立相关隧道开挖模型,研究了隧道—断层系统在地下水渗流和爆破条件下围岩应力、位移和最大振速峰值的变化... 详细信息

依托四川省乐西高速大凉山^(#)2隧道项目,基于尖点突变理论所提出的失稳判据对围岩稳定性进行判定,采用有限元软件MIDAS GTS NX建立相关隧道开挖模型,研究了隧道—断层系统在地下水渗流和爆破条件下围岩应力、位移和最大振速峰值的变化情况。结果表明,通过失稳判据计算发现,围岩综合刚度比k围岩具有失稳风险;渗流条件下断层围岩最大主应力为27.71 MPa,拱顶位移沉降为307.83 mm,应力比非断层处增加了约20.64%,位移增加了105.21%,受爆破因素影响,断层处竖向最大振速峰值是普通围岩的13倍左右,达到了162.97 cm/s,可见断层的存在会对其周边围岩动力响应产生放大效应;理论计算和数值模拟结果均表明大凉山隧道F3断层处具有失稳风险,施工时应当提前采取相应的防范措施。

关键词：尖点突变理论断层带隧道地下水渗流爆破围岩稳定性数值模拟

深埋顺层偏压隧道围岩破坏机理及规律研究——以郑万线某隧道为例

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水文地质工程地质 2020年第3期47卷 60-68页

作者：胡炜谭信荣蒋尧毛坚强中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031 西南交通大学四川成都610031

处于薄—中层倾斜层状岩体中的深埋隧道常会产生地质顺层偏压的问题,导致隧道局部塌方、偏压变形及支护结构破坏。本文以郑万线某隧道为例,采用理论分析、数值模拟方法对深埋顺层隧道的破坏机理及不同结构面参数下的破坏规律展开了研究... 详细信息

处于薄—中层倾斜层状岩体中的深埋隧道常会产生地质顺层偏压的问题,导致隧道局部塌方、偏压变形及支护结构破坏。本文以郑万线某隧道为例,采用理论分析、数值模拟方法对深埋顺层隧道的破坏机理及不同结构面参数下的破坏规律展开了研究。研究结果表明:(1)深埋顺层偏压隧道洞周围岩将根据其切向应力与结构面夹角的不同发生岩层拉裂破坏、结构面剪切破坏及岩体自身破坏,其中切向应力与结构面平行位置,即反倾侧拱腰及顺倾侧拱脚位置主要发生拉裂破坏,此处围岩塑性区范围最广,围岩位移最大,围岩处于极不稳定状态;(2)顺层偏压隧道的破坏规律与结构面强度参数有直接关系,围岩塑性区范围及围岩位移均随着结构面摩擦角的增大而降低,且降低趋势逐渐放缓,当结构面摩擦角达到岩体摩擦角后,结构面摩擦角继续增加对围岩稳定性影响较小;(3)围岩塑性区及围岩位移场偏压分布特征随结构面倾角的变化而整体旋转,且对于隧道底部而言,结构面最不利倾角为0°,此时隧底最大上鼓量大于其他倾角下的最大上鼓量;对于隧道拱部而言,最不利倾角为40°,此时洞周最大收敛值大于其他倾角下的最大收敛值,最不利位置位于反倾侧拱腰。

关键词：隧道顺层偏压围岩稳定性围岩位移破坏机理

近距离煤层开采底板应力演化规律及围岩稳定性研究

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煤炭技术 2023年第1期42卷 6-10页

作者：兰红郑禄林荣鹏林健云贵州林东煤业发展有限责任公司龙凤煤矿贵州金沙551806 贵州大学矿业学院贵阳550025

为了研究近距离煤层开采诱发围岩失稳问题,以贵州林东煤业龙凤煤矿5#、9#煤层回采巷道为工程背景,采用数值模拟的方法分析了上位煤层开采过程中底板应力演化规律及周围回采巷道变形破坏特征。研究结果表明:距底板不同法向距离的垂直应... 详细信息

为了研究近距离煤层开采诱发围岩失稳问题,以贵州林东煤业龙凤煤矿5#、9#煤层回采巷道为工程背景,采用数值模拟的方法分析了上位煤层开采过程中底板应力演化规律及周围回采巷道变形破坏特征。研究结果表明:距底板不同法向距离的垂直应力在横向上呈对称分布且变化规律基本一致,纵向上的分布随着深度的增加呈线性增长趋势;当工作面分别推进不同距离时,巷道呈现不同的变形破坏特征;相邻区段回风巷与下位9#煤层回风巷围岩应力增加,且围岩应力呈非对称性分布,9#煤层运输巷处于卸荷区,但围岩力学性质劣化程度高,围岩承载力降低;处于应力增高区的巷道围岩以剪切破坏为主,处于卸荷区的巷道围岩以拉伸破坏为主。

关键词：近距离煤层围岩稳定性底板应力破坏特征数值模拟

极松软易破碎综放面巷道“降钻锚注平”支护技术

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煤炭工程 2023年第3期55卷 47-51页

作者：朱乐章黄北海丁可淮北矿业股份有限公司安徽淮北235000 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

针对淮北矿区8#煤层极松软易破碎综放面巷道支护技术难题,阐释了极松软易破碎综放面巷道支护失稳因素,基于支护-围岩协同作用机制,提出了以“巷道破底降帮+锚杆超前支护+锚索支护+超前注水注浆+平顶U型钢棚”支护为主的“降钻锚注平”... 详细信息

针对淮北矿区8#煤层极松软易破碎综放面巷道支护技术难题,阐释了极松软易破碎综放面巷道支护失稳因素,基于支护-围岩协同作用机制,提出了以“巷道破底降帮+锚杆超前支护+锚索支护+超前注水注浆+平顶U型钢棚”支护为主的“降钻锚注平”支护技术。在此基础上,结合淮北矿区信湖煤矿815机巷地质条件,研究设计了极松软易破碎综放面巷道“降钻锚注平”支护技术,现场试验结果表明:信湖煤矿815机巷从掘进开始到巷道趋于稳定,顶底板相对移近量值最大值为117 mm,两帮相对移近量值最大值为66 mm,巷道支护效果良好,能够有效地控制极松软易破碎综放面巷道围岩的大变形,大幅提升了掘进速度。

关键词：极松软易破碎综放面巷道支护技术围岩稳定性

新建隧道近距离小角度斜下穿既有隧道稳定性分析——以青岛地铁8号线隧道工程为例

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隧道建设（中英文） 2021年第S02期41卷 199-208页

作者：张青王洪超赵耀邵靖淇高子明张连震陈健王宠于雷中铁八局集团昆明铁路建设有限公司云南昆明650000 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580

为解决2条交叠隧道小角度近距离交叉穿越时,下穿隧道施工对既有隧道稳定性影响显著的问题,依托青岛地铁8号线青沧区间隧道斜下穿既有地铁3号线隧道作为典型的近距离小角度斜下穿工况,通过ABAQUS建立有限元计算模型,分析新建隧道开挖过... 详细信息

为解决2条交叠隧道小角度近距离交叉穿越时,下穿隧道施工对既有隧道稳定性影响显著的问题,依托青岛地铁8号线青沧区间隧道斜下穿既有地铁3号线隧道作为典型的近距离小角度斜下穿工况,通过ABAQUS建立有限元计算模型,分析新建隧道开挖过程中既有隧道竖向位移、水平位移及应力演化规律。施工过程中对上部既有隧道结构沉降位移实时监测,并对比分析监测数据与模拟结果的差异性。研究结果表明,在以微风化和中风化花岗岩为主的地层中,当新建隧道以小角度近距离斜下穿既有隧道时:1)以下穿隧道与既有隧道线路交点处在既有隧道中对应的断面为最危险断面,下穿隧道对既有隧道最危险断面变形影响显著的开挖范围为,以既有隧道最危险断面在下穿隧道中的垂直投影为中心,沿开挖轴线前后20 m范围内;2)同一隧道断面中,下穿隧道开挖导致既有隧道断面内拱顶和左腰、拱底和右腰向相反方向位移,既有隧道结构断面有扭转变形的趋势;3)新建隧道开挖对既有隧道最大主拉应力和主压应力影响很小,应力值较大区域位于隧道底板处。

关键词：地铁隧道近接下穿小角度斜下穿数值模拟围岩稳定性

基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别和量化评估方法及应用

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水电能源科学 2022年第10期40卷 144-147,212页

作者：杜学才张雨霆黄书岭丁秀丽云南省滇中引水工程有限公司质量安全和技术管理部云南昆明650000 长江水利委员会长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

长距离引调水工程输水隧洞具有线路长、埋深大、地质条件复杂多变的特点,常采用数值模拟方法开展围岩稳定性判别和方案比选。针对目前缺少基于数值模拟的围岩稳定性控制标准和定量评价方法的问题,提出了基于安全度指标的隧洞围岩稳定性... 详细信息

长距离引调水工程输水隧洞具有线路长、埋深大、地质条件复杂多变的特点,常采用数值模拟方法开展围岩稳定性判别和方案比选。针对目前缺少基于数值模拟的围岩稳定性控制标准和定量评价方法的问题,提出了基于安全度指标的隧洞围岩稳定性判别标准及围岩稳定的综合量化评估方法。即先建立基于塑性区、围岩变形和支护受力指标的围岩稳定性控制标准,实现基于安全度概念的围岩稳定性判别;然后提出表征隧洞围岩总体稳定程度的围岩稳定综合安全度计算方法,实现了不同隧洞方案条件下围岩稳定性量化分析。案例分析表明,所提方法能有效判别不同隧洞方案的围岩稳定性,为隧洞优化设计提供量化依据,并可进一步应用于多方案、多参数条件下的隧洞围岩稳定性判别和量化评估。

关键词：隧洞围岩稳定性安全度判别准则数值模拟