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特厚高位顶板切顶自成巷围岩控制技术

采矿与安全工程学报 2024年第4期41卷 677-687页

作者：张文杰何满潮王炯程满江中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083

为解决传统留煤柱沿空留巷煤炭采出率低、采掘接续紧张、煤柱应力集中、巷道支护难度大等棘手的难题,以响水煤矿播土区东二采区120313工作面为研究对象,通过短臂梁顶板围岩破坏机制力学模型受力分析与计算、FLAC3D数值模拟巷道顶板切顶... 详细信息

为解决传统留煤柱沿空留巷煤炭采出率低、采掘接续紧张、煤柱应力集中、巷道支护难度大等棘手的难题,以响水煤矿播土区东二采区120313工作面为研究对象,通过短臂梁顶板围岩破坏机制力学模型受力分析与计算、FLAC3D数值模拟巷道顶板切顶卸压效果分析、现场实验的研究过程,确定巷道主动支护参数、顶板爆破参数、挡矸参数和临时支护参数,提出中厚煤层巷道特厚高位顶板“恒阻大变形锚索+巷道顶板双向定向预裂爆破+巷帮补强支护+可伸缩性U型钢挡矸+单体液压支柱临时支护”围岩稳定性控制技术。结果表明:根据顶板的力学性质,特厚高位顶板单根恒阻大变形锚索补偿支护力所需最大值为309 kN;回风巷道顶板切顶与未切顶比较,切顶时工作面超前支承压力最大值减小15%,巷道侧向支承压力最大值减小27%;巷道变形得到有效的控制,在滞后工作面160~175 m范围内巷道围岩趋于稳定。该工作面单位煤柱长度回收煤炭12.48 t,提高了区段煤炭采出率,降低了采矿成本。

关键词：短臂梁补偿支护切顶卸压数值模拟围岩稳定性

降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 573-583页

作者：陶志刚史广诚杨晓杰何满潮中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和... 详细信息

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理,并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明:孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步;NPR锚索力突降,边坡内部产生局部变形;PR锚索因无法承受大变形被拉断失效,而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能,促使边坡达到二次平衡状态;NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增,后突降”的变形-临滑动力学规律;现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律,提前7.5 h发出临滑预警.

关键词：滑坡降雨 NPR锚索控制机理监测预警

不同轴压比下GFRP-RC梁柱节点抗震性能研究

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建筑结构学报 2024年第11期 117-130页

作者：赵玉帅张营营刘金仓徐俊豪尹世平中国矿业大学江苏省土木工程灾变与智能防控高校重点实验室中国矿业大学力学与土木工程学院

为研究轴压比对GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁柱节点抗震性能的影响机理，开展不同侧压下GFRP筋与混凝土的黏结拉拔试验，并建立荷载约束状态界面黏结滑移本构模型，通过节点试件拟静力试验和数值模拟，研究了不同轴压比下GFRP-RC梁柱节点的... 详细信息

为研究轴压比对GFRP筋混凝土(GFRP-RC)梁柱节点抗震性能的影响机理，开展不同侧压下GFRP筋与混凝土的黏结拉拔试验，并建立荷载约束状态界面黏结滑移本构模型，通过节点试件拟静力试验和数值模拟，研究了不同轴压比下GFRP-RC梁柱节点的破坏模式和承载性能变化规律。结果表明：GFRP筋与混凝土界面黏结强度随侧向压应力的增大近似线性增长；数值模拟中节点核心区的筋材与混凝土界面采用约束黏结滑移模型，能够更为精确地反映不同轴压比下GFRP-RC节点的承载特性；轴压比在0.15～0.35范围内时，轴压比每增大0.1,节点的承载力增大约7%;通过限制梁柱节点区的筋材黏结滑移和混凝土裂缝发展，实现节点试件刚度、延性和耗能能力的提升，有利于形成“更强节点”的受力机制。

关键词：梁柱节点 GFRP筋轴压比拟静力试验数值模拟界面性能抗震性能

岩石强度理论及不同拉压应力状态下岩石强度试验研究现状

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岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 890-906页

作者：何鹏飞何满潮李鑫陶志刚刘冬桥中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)深地空间科学与工程研究院北京100083

岩石强度理论对不同尺度的岩石工程稳定性分析具有重要的理论意义与工程价值,其发展与岩石在不同拉压应力状态下的强度试验研究息息相关。尽管岩石在拉压应力的作用下强度特性差异很大,但目前对其强度理论及不同应力状态下强度试验的研... 详细信息

岩石强度理论对不同尺度的岩石工程稳定性分析具有重要的理论意义与工程价值,其发展与岩石在不同拉压应力状态下的强度试验研究息息相关。尽管岩石在拉压应力的作用下强度特性差异很大,但目前对其强度理论及不同应力状态下强度试验的研究多关注三向受压应力状态。进行了如下系统综述:在阐述金属和土体相关强度理论的基础上,介绍岩石强度理论的发展历程及研究进展;与岩石强度理论发展相协调的不同拉压应力状态下岩石强度试验的研究现状;进而分析了现有岩石强度测试所覆盖的应力状态分区及9种岩石强度理论所定义的3个特征拉伸强度的区别;最后对岩石强度理论及不同拉压应力状态下岩石强度试验研究中尚未解决的问题进行讨论总结并对未来研究工作进行了展望。

关键词：岩石力学强度理论应力状态破坏拉伸

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采煤沉陷区建筑物抗变形技术研究进展与展望

煤炭学报 2024年

作者：夏军武周宇王玉婧杨晗中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室中国矿业大学江苏省土木工程灾变与智能防控重点实验室

随着采煤沉陷区范围的不断扩大，矿山城市建设土地日益紧张，建筑物抗变形技术是解决采煤沉陷区工程建设利用的重要措施。但是由于采煤沉陷区地质条件的复杂多变、地表移动变形对建筑物的影响规律异常复杂及建筑结构形式多样等诸多困难... 详细信息

随着采煤沉陷区范围的不断扩大，矿山城市建设土地日益紧张，建筑物抗变形技术是解决采煤沉陷区工程建设利用的重要措施。但是由于采煤沉陷区地质条件的复杂多变、地表移动变形对建筑物的影响规律异常复杂及建筑结构形式多样等诸多困难，导致建筑物抗变形技术推广应用呈现起伏。首先，梳理了采煤沉陷区的地表变形特征、地表变形对建筑物的影响分类、地基与建筑物的相互作用机理、土与结构界面的本构模型、地基-基础-结构相互作用力学模型、建筑物抗变形技术及工程运用实例方面取得的成效和关键技术进展，分析了建筑抗变形的原理与技术应用。然后，总结了目前建筑物抗变形技术面临的难题与挑战：地表沉陷预测模型准确性有待提升；采煤沉陷区地基-基础-结构相互作用机制不明确；地基充填材料力学及变形特性尚不能满足工程建设地基用土的要求；基础类型、基础刚度及构造等对结构抗变形的影响有待进一步研究；结构耗能和吸收地表变形的新型建筑物抗变形技术待完善与研发。最后，针对现阶段我国建筑物抗变形技术应用面临的难题和挑战，提出了一套基于物理模拟试验平台研发、框架结构抗变形的规律及机理、共同作用力学模型、框架结构抗变形技术及自适应变形技术的研究与设计方法。

关键词：采煤沉陷区地表变形抗变形技术本构模型力学模型加固技术

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深部采矿岩石力学进展

煤炭学报 2024年第1期49卷 75-99页

作者：何满潮武毅艺高玉兵陶志刚中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083 吉林大学建设工程学院吉林长春130021

随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积... 详细信息

随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题,论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展,主要包括:(1)提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法,进行了千米深井现场工程应用;(2)构建了深部“非均压建井”模式,研发了实现深井稳定提升的SAP系统,形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法;(3)研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统,揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性;(4)研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统,阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为;(5)提出了深部巷道开挖补偿支护理论,进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术;(6)研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统,提出了热害治理和热能资源化利用方法,建立了深部热害治理与热能综合利用系统(HEMS)。相关研究成果已在深部开采领域得以应用,可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。

关键词：深部开采岩石力学 110/N00工法巷道变形围岩控制矿井热害

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赤泥复合固化剂固化粉土路用性能及机理分析

建筑材料学报 2024年

作者：吴伟军张鲲鹏张宁丁北斗王佳辉上海公路桥梁(集团)有限公司中国矿业大学土木工程灾变与智能防控省高校重点实验室

以工业废弃物赤泥、电石渣和脱硫石膏组成的赤泥复合固化剂对低液限粉土进行固化，探究了固化粉土的力学性能（劈裂强度、无侧限抗压强度）和耐久性（水稳定性和干湿循环）的变化规律，并通过SEM扫描电镜试验和XRD衍射试验分析赤泥复合... 详细信息

以工业废弃物赤泥、电石渣和脱硫石膏组成的赤泥复合固化剂对低液限粉土进行固化，探究了固化粉土的力学性能（劈裂强度、无侧限抗压强度）和耐久性（水稳定性和干湿循环）的变化规律，并通过SEM扫描电镜试验和XRD衍射试验分析赤泥复合固化剂的固化机理。研究发现赤泥复合固化土的劈裂强度和无侧限抗压强度会随着固化土养护时间和固化剂掺量的增加而提高，水稳系数可从69.5%提高到82.4%；12次干湿循环后，赤泥复合固化土的强度损失率达到35.14%。赤泥复合固化剂掺入粉土中会发生水化反应，生成具有胶凝作用的C-S-H和C-A-H，同时C-A-H会与CaSO4生成钙矾石晶体。C-S-H和C-A-H包裹和填充土颗粒，钙矾石晶体穿插着土颗粒，使其成为一个整体，有效提高赤泥复合固化土的性能。

关键词：赤泥低液限粉土路用性能固化机理

冻胀融沉过程中井塔基础稳定与结构应力变化规律研究

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采矿与安全工程学报 2024年第3期41卷 549-560页

作者：秦伟张宏贞高杰温庆杰中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

在高耸的井塔周围开展冻结法施工将会造成井塔基础的抬升或沉降,对井塔基础稳定及其结构安全造成严重威胁。针对上述问题,采用缓慢冻结、局部冻结和温控孔热水循环等保护措施,成功避免了冻结锋面波及井塔基础。在造孔—冻胀—融沉过程... 详细信息

在高耸的井塔周围开展冻结法施工将会造成井塔基础的抬升或沉降,对井塔基础稳定及其结构安全造成严重威胁。针对上述问题,采用缓慢冻结、局部冻结和温控孔热水循环等保护措施,成功避免了冻结锋面波及井塔基础。在造孔—冻胀—融沉过程中对井塔基础高程进行持续测量,测量结果表明:造孔—冻胀—融沉期间井塔基础依次经历缓慢下沉、轻微抬升、快速下沉和下沉稳定4个过程;采取的冻结保护措施有效保障了井塔基础的稳定性,井塔基础的最大倾斜值远小于规定的允许值。结合井塔基础沉降监测数据开展井塔结构应力的数值模拟,模拟结果表明:井塔主梁上表面拉应力峰值出现在井塔壁柱与主梁的连接处,随着井塔倾斜值的增加,井塔主梁上表面拉应力峰值不断增大;造孔—冻胀—融沉期间井塔主梁上表面最大拉应力小于C25混凝土强度极限,井塔结构安全性得到有效保障。建立温度-表土-井塔相互作用相似材料模型并开展模拟实验,实验结果表明:冻结时间越长、冻结温度越低,井塔基础的抬升量和融沉后的下沉量越大且井塔基础融沉稳定所需的时间越长,井塔基础的抬升量峰值明显小于井塔基础的融沉量,模拟结果与实测结果、数值模拟结果相吻合。

关键词：冻结法井塔基础结构安全地表变形

GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管T形节点有限元分析与承载力计算

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建筑结构学报 2024年第10期45卷 120-130页

作者：常鸿飞严晓宇左文康宋心怡刘宁涛夏军武中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

为研究GFRP管夹层灌浆(grout-filled GFRP tube, GFGT)修复锈蚀钢管T形节点的受压性能，建立了锈蚀修复节点的有限元模型，并通过已有试验数据验证了其有效性，据此考察了节点几何构造、修复参数和主管端部应力参数对锈蚀修复节点受压... 详细信息

为研究GFRP管夹层灌浆(grout-filled GFRP tube, GFGT)修复锈蚀钢管T形节点的受压性能，建立了锈蚀修复节点的有限元模型，并通过已有试验数据验证了其有效性，据此考察了节点几何构造、修复参数和主管端部应力参数对锈蚀修复节点受压承载力和修复效果的影响规律。参数分析结果表明：GFRP管越厚、修复后主管截面空心率越小、灌浆料强度越高、修复范围越长，GFGT修复效率越高，当支主管直径比为0.4、0.6和0.8,主管锈蚀率为30%时，优化修复参数配置最高可使支管受压承载力提升至未锈蚀状态的138%、147%和156%;主管端部应力对未修复与GFGT修复节点的影响规律一致，且修复后受影响程度更小。采用CIDECT设计指南与规范prEN 1993-1-8:2021中给出的计算方法可准确预测锈蚀受压节点承载力退化率，并通过试验数据验证了采用上述规范公式用于评估节点主管端部应力导致的承载力折减率的可行性，进一步提出了GFGT修复锈蚀圆钢管T形节点的受压承载力计算方法，可用于评估锈蚀率30%以内的修复节点受压承载力。

关键词：圆钢管节点 GFRP管锈蚀灌浆有限元分析承载力计算