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纵横弯曲桩计算的综合刚度和双参数法的有限差分解

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岩石力学与工程学报 2016年第3期35卷 613-622页

作者：陈林靖余其凤戴自航福州大学岩土工程研究所福建福州350108 卧龙岗大学土木采矿与环境工程学院

为提高外露段较长的桩在横向和竖向荷载共同作用下变形和内力的计算精度和效率,基于综合刚度原理和双参数法推导可考虑桩的纵横弯曲,即计及竖向荷载(包括桩顶竖向力及桩身自重和桩侧摩阻力)对弯曲变形影响的有限差分解,采用MATLAB程序... 详细信息

为提高外露段较长的桩在横向和竖向荷载共同作用下变形和内力的计算精度和效率,基于综合刚度原理和双参数法推导可考虑桩的纵横弯曲,即计及竖向荷载(包括桩顶竖向力及桩身自重和桩侧摩阻力)对弯曲变形影响的有限差分解,采用MATLAB程序语言编制相应的计算程序。与模型试验数据或现有方法工程实例计算结果的比较验证了该法的可靠性,同时还表明该方法比基于相同原理的杆系有限元法更方便快捷。研究结果表明:对于外露长度和桩顶竖向荷载较大的桩,重力二阶效应是不容忽视的,且竖向荷载不仅会增大桩身弯矩,还会导致桩身剪力的增大,现有方法未体现其对剪力的影响,是偏于不安全的,在纵横弯曲桩的设计计算中应引起重视。

关键词：桩基工程纵横弯曲桩综合刚度原理双参数法变形和内力有限差分法

四川筠连矿区关闭煤矿矿井涌水特征污染物识别

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煤炭科学技术 2025年

作者：代文豪康小兵韩熙李晓雪成都理工大学环境与土木工程学院四川省科源工程技术测试中心有限责任公司

关闭煤矿区域的水环境治理与恢复是矿区生态环境的可持续发展的重要基础，其关键是矿区地下水环境中特征污染物的识别。四川盆地南缘筠连矿区开采龙潭煤系，上覆三叠系和下伏的二叠系地层均分布有较厚的碳酸盐岩，关闭矿井龙潭煤系地层... 详细信息

关闭煤矿区域的水环境治理与恢复是矿区生态环境的可持续发展的重要基础，其关键是矿区地下水环境中特征污染物的识别。四川盆地南缘筠连矿区开采龙潭煤系，上覆三叠系和下伏的二叠系地层均分布有较厚的碳酸盐岩，关闭矿井龙潭煤系地层涌水中污染物排放影响了岩溶地下水环境。本研究构建了关闭煤矿区特征污染物识别体系，通过水化学特征分析方法、氢氧同位素法和主成分分析法，分析并量化了龙潭煤系地层涌水污染指标的源指示性，利用层次分析法量化了污染属性，分项污染指数法量化了污染程度，将量化结果利用主客观综合赋权法进行权重融合并对比分析，对关闭煤矿涌水污染指标进行特征污染物识别。结果表明，关闭煤矿涌水中的污染指标主要来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩及其含矿组分风化溶解下的水岩作用及采矿活动残留物；研究区内污染指标铁与锰有毒性较强和不可降解性且迁移性弱的属性特征，富集作用易对局部水环境造成影响，而迁移强度较大的CODCr和硫酸根易对区域水环境造成污染；污染指标中铁、锰、CODCr和硫酸根污染程度显著。最终识别出综合权重占比较大铁、锰、CODCr及硫酸根为研究区关闭煤矿涌水特征污染物，需要实施重点监控和治理。同时，结合识别结果与岩溶水文地质条件，提出了“煤矸石淋滤入渗型”、“采空区水岩作用型”、“矿采设施氧化型”及“复合型”四种特征污染物成因模式。该研究在四川盆地南缘筠连矿区地下水污染治理中起导向作用，也为类似矿区地下水环境污染区域特征污染物识别提供了思路。

关键词：筠连矿区关闭煤矿涌水特征污染物识别体系成因模式

考虑加筋与遮帘效应计算群桩沉降的相互作用系数法

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岩土力学 2014年第S1期35卷 221-226页

作者：林智勇戴自航福州大学岩土工程研究所福州350108 福建工程学院土木工程学院福州350108 卧龙岗大学土木采矿与环境工程学院

群桩中各基桩在地基土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,然而,在目前的桩基沉降理论与实践中,相关的研究仍显不足。基于剪切变形法理论,考虑桩的加筋与遮帘效应,求得各基桩在自身桩顶荷载作用下产生的沉降以及其引起相邻桩的附加沉降量,... 详细信息

群桩中各基桩在地基土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,然而,在目前的桩基沉降理论与实践中,相关的研究仍显不足。基于剪切变形法理论,考虑桩的加筋与遮帘效应,求得各基桩在自身桩顶荷载作用下产生的沉降以及其引起相邻桩的附加沉降量,由此提出群桩中任两桩的相互作用系数简化公式,同时,也得到各基桩桩侧及桩端桩-土接触等效弹簧刚度,并基于荷载传递法原理,建立了成层地基条件下各基桩在自身桩顶荷载作用下的桩身位移平衡方程,推导出各土层层顶处桩身沉降、轴力与层底处桩身沉降、轴力之间的递推关系,进而将公式推广到高、低承台群桩基础计算中。工程算例分析表明,用该方法计算有较高的精度,求得的荷载-沉降曲线及两桩相互作用系数与实测值吻合较好;相互作用系数要明显小于弹性理论计算结果。

关键词：加筋与遮帘效应相互作用系数群桩沉降剪切变形法成层地基

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

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岩土工程学报 2016年第1期38卷 155-162页

作者：林智勇戴自航福建工程学院土木工程学院福建福州350118 福州大学岩土工程研究所福建福州350108 卧龙岗大学土木采矿与环境工程学院

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩... 详细信息

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。

关键词：单桩载荷试验相互作用系数三维数值分析群桩沉降

考虑颗粒破碎引起级配演变的粗粒料屈服函数研究

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岩土力学 2013年第12期34卷 3479-3484页

作者：孙逸飞刘汉龙杨贵河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 卧龙岗大学土木、采矿与环境工程学院卧龙岗新南威尔士州2522 河海大学土木与交通学院南京210098

级配作为粗粒料的重要物理特性,显著影响着粗粒料本身的力学性质。准确预测土体在加载过程中的级配演变,是有效分析土体结构全寿命周期强度和变形特性的基础。引入Einav的分形破碎理论,认为土体在加载过程中的颗粒破碎耗能增量正比于颗... 详细信息

级配作为粗粒料的重要物理特性,显著影响着粗粒料本身的力学性质。准确预测土体在加载过程中的级配演变,是有效分析土体结构全寿命周期强度和变形特性的基础。引入Einav的分形破碎理论,认为土体在加载过程中的颗粒破碎耗能增量正比于颗粒分形破碎率增量,结合考虑颗粒破碎的能量平衡方程,选取已有文献中的试验数据,对粗粒料加载过程中的级配演变进行了研究,提出了一种预测试样加载过程中级配演变的方法。在此基础上,建立了一个可以反映粗粒料级配演变的屈服函数,对该屈服面函数进行了初步探讨。每一个屈服面对应土体的一个级配演化曲线;屈服面是土体剪切应变的等值面,屈服面的轨迹和剪应变大小密切相关。

关键词：粗粒料级配分形破碎屈服面本构模型

水平荷载单桩计算的综合刚度和双参数法杆系有限元数值解

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岩石力学与工程学报 2016年第10期35卷 2115-2123页

作者：戴自航王云凤卢才金福州大学岩土工程研究所福建福州350108 卧龙岗大学土木采矿和环境工程学院福建省交通规划设计院福建福州350004

为提高水平荷载单桩设计计算的准确度和效率,建立基于综合刚度和双参数法原理的杆系有限元数值解。同时,从理论和对静载试验实例的分析上,指出我国现行规范建议的水平荷载桩设计计算m法存在的缺陷,建议改进方法。本文建立的杆系有限元... 详细信息

为提高水平荷载单桩设计计算的准确度和效率,建立基于综合刚度和双参数法原理的杆系有限元数值解。同时,从理论和对静载试验实例的分析上,指出我国现行规范建议的水平荷载桩设计计算m法存在的缺陷,建议改进方法。本文建立的杆系有限元法不像解析法那样存在参数取值的限制,避免了烦琐的查表计算,且无需对桩端约束条件进行假定及区分长桩、短桩和中长桩。实例计算比较表明,当采用与解析法相同的综合刚度和双参数时,杆系有限元解与解析解结果吻合很好,能保证桩顶位移和转角、桩身最大弯矩和及其作用位置与实测结果基本一致;当根据桩长范围内土层变化确定各土层比例系数m,通过若干次试算调整幂指数n和综合刚度EI可获得较解析法更好的计算结果。

关键词：桩基础水平荷载桩综合刚度双参数杆系有限元法 m法

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谦比希深部急倾斜破碎矿体采场稳定性分析

科学技术与工程 2025年第4期25卷 1383-1391页

作者：张兵赵永梁权宇赵乾百杨天鸿侯辉中色非洲矿业有限公司基特韦100000 东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

由于地下深部作业环境的特殊性,如顶板冒落、岩爆和突水等地质灾害频发问题,对矿山安全性和稳定性的要求极高,而采用下向进路充填法对于控制地压活动和岩层移动具有显著效果。鉴于此,以非洲谦比希铜矿为案例,首先采用结构面数字识别系统... 详细信息

由于地下深部作业环境的特殊性,如顶板冒落、岩爆和突水等地质灾害频发问题,对矿山安全性和稳定性的要求极高,而采用下向进路充填法对于控制地压活动和岩层移动具有显著效果。鉴于此,以非洲谦比希铜矿为案例,首先采用结构面数字识别系统,对矿体结构面进行了详细分析。结果表明:深部矿体结构面的发育情况对矿山的安全开采具有重要影响。结构面的高密度和小间距特征增加了岩体的破碎程度,增加了顶板崩落和采场不稳定性的风险。同时,对谦比希铜矿深部区域的力学行为和变形特性展开了数值模拟,通过优化承载层的结构和强度,可以有效控制采场的稳定性。模拟结果显示,承载层结构完好,能够承受上覆岩层的压力,采场稳定性较高。研究成果为深部矿山安全开采的提供了有效策略,特别是对于高风险的地质环境,提出了适应性强的开采方法和安全措施,这些策略对于提高深部矿山开采的安全性和效率具有重要意义。

关键词：深部开采力学响应采场稳定性充填采矿法

深部中阶煤孔结构的压汞—液氮联合表征及孔隙分形特征

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石油实验地质 2025年第1期47卷 130-142页

作者：李奇吴勇乔磊成都理工大学环境与土木工程学院成都610059 温州理工学院浙江温州325006 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000

为研究深部中阶煤的孔隙结构特征与孔隙分形规律,利用压汞法和液氮吸附法对沈阳红阳三矿、开滦林西矿、淮南新集二矿和平顶山平煤六矿等典型深部开采矿区的主采煤层煤样进行了孔径、孔容、比表面积等参数测试,基于Menger海绵模型和FHH... 详细信息

为研究深部中阶煤的孔隙结构特征与孔隙分形规律,利用压汞法和液氮吸附法对沈阳红阳三矿、开滦林西矿、淮南新集二矿和平顶山平煤六矿等典型深部开采矿区的主采煤层煤样进行了孔径、孔容、比表面积等参数测试,基于Menger海绵模型和FHH模型进行了孔隙分形规律的研究。结果表明:(1)基于压汞法的孔隙结构参数测试中平均孔径31.10~34.70 nm,总孔容0.0483~0.0594 mL/g,总比表面积5.5909~7.6528 m^(2)/g,得出典型深部开采矿区的主采煤层孔隙发育比较接近;孔容分布以大孔孔容占主导,微孔与过渡孔孔容比重相当,中孔的孔容分布相对较小,表明大孔孔隙连通性较好,中孔较为闭塞;比表面积分布以微孔为主,占比达70%以上,而中孔和大孔的比重甚微,可见微孔吸附能力最强,不利于深部煤层瓦斯治理;Menger海绵模型分形维数介于2.6~3之间,表明孔隙形状很不规则,孔隙较为复杂,整体上孔隙表面较为粗糙。(2)基于液氮吸附法测试的有效孔径范围为3~177 nm,总孔容与比表面积不同的矿区差异明显,孔容分布以过渡孔和中孔为主,微孔分布较低,大孔为0,表明利用液氮吸附法对于中孔、过渡孔有很好的表征,而难以表征大孔结构,且微孔的孔隙连通性较差;比表面积分布中主要为过渡孔、微孔和中孔,大孔为0,其中以过渡孔为主,且其吸附能力也较强;FHH模型分形维数介于2.0~2.7,结构较为简单规则。(3)讨论了深部中阶煤孔隙结构差异性,其中压汞法和液氮法的孔隙结构参数(比表面积、孔容)随埋深的增加均呈非线性的凹曲线变化;Menger海绵模型与FHH模型分形维数则随埋深的增加呈凸曲线的变化趋势。

关键词：深部中阶煤压汞法液氮吸附法孔径结构孔隙分形

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耦合π定理与数值模拟的采空区冒落范围预测

采矿与安全工程学报 2025年第2期42卷 264-272页

作者：张晶任凤玉刘洋何荣兴乔木昆明理工大学国土资源工程学院东北大学资源与土木工程学院武汉科技大学资源与环境工程学院冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室

考虑图表法可为特定工程问题提供便捷的查询方法，借助π定理构建表征采空区冒落活动的非线性模糊函数，耦合数值模拟UDEC揭示该非线性模糊函数所含无量纲表达式的数量关系，提出可预测采空区冒落范围的无量纲图表。为大量获取图表数据... 详细信息

考虑图表法可为特定工程问题提供便捷的查询方法，借助π定理构建表征采空区冒落活动的非线性模糊函数，耦合数值模拟UDEC揭示该非线性模糊函数所含无量纲表达式的数量关系，提出可预测采空区冒落范围的无量纲图表。为大量获取图表数据，设定采空区开挖步距为2 m。结果表明：无量纲图表可根据不同阶段空区边界扩展预测空区冒落范围，且无量纲曲线表征的采空区冒落范围随空区跨度增大的变化特征与实际基本相符。结合线性插值方法，可预测无量纲图表中未涉及工况的采空区冒落范围。实践表明，该方法为量化评估采空区冒落范围提供了有效方法。

关键词： π定理数值模拟图表法采空区冒落范围