高地应力隧道层状围岩大变形研究进展

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作者 刘旭锋 潘鹏志 +2 位作者 徐鼎平 周扬一 王兆丰 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期1007-1020,共14页

层状岩体的大变形问题是当前隧道施工中较为常见的工程灾害,尤其在高地应力环境下,这一问题愈加凸出。受高应力及层理结构的影响,隧道围岩会发生大范围的沿层理张拉、剪切、屈曲等典型的破坏模式,造成支护结构失效,严重危及人身安全并... 层状岩体的大变形问题是当前隧道施工中较为常见的工程灾害,尤其在高地应力环境下,这一问题愈加凸出。受高应力及层理结构的影响,隧道围岩会发生大范围的沿层理张拉、剪切、屈曲等典型的破坏模式,造成支护结构失效,严重危及人身安全并制约工程进度。为充分认识高应力层状岩体大变形的特征规律并指导现场施工,从层状岩石的地质力学特性,层状岩体大变形的特征、机制、分级及防控等方面,对国内外研究现状进行了回顾总结。针对目前高应力层状岩体大变形机理及防控方面存在的问题和新的发展趋势,探讨了亟待解决的关键科学技术问题。 展开更多

关键词 高应力 层状岩体 隧道大变形 研究进展

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循环荷载下不同裂隙方向饱和原状膨胀土动力特性试验研究

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作者 高志傲 孔令伟 +2 位作者 王双娇 黄珏皓 赵浩武 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第4期736-748,共13页

裂隙方向是导致膨胀土力学特性各向异性的重要原因之一,为探究裂隙倾角对土体的动力特性的影响,以安徽淠史杭灌区不同裂隙倾角的原状膨胀土(α为0°,22.5°,45°,67.5°,90°)为研究对象,采用GCTS动静真三轴仪对土... 裂隙方向是导致膨胀土力学特性各向异性的重要原因之一,为探究裂隙倾角对土体的动力特性的影响,以安徽淠史杭灌区不同裂隙倾角的原状膨胀土(α为0°,22.5°,45°,67.5°,90°)为研究对象,采用GCTS动静真三轴仪对土体进行单向循环荷载试验。研究裂隙倾角、围压和不同动应力幅值对膨胀土累积塑性应变、动弹性模量及阻尼比变化特征的影响。试验结果表明:随着循环荷载幅值增大,同一裂隙角度试样的累积应变不断增加,所研究的5个裂隙角度中,α=67.5°试样将产生更大的累积塑性应变。在低围压下裂隙角度对土体临界动应力幅值影响较大,其各向异性特征显著,随着围压增大,土体各向异性减弱。随着裂隙角度的增大,试样动弹性模量呈现出先减小后增大的趋势,在α=67.5°时,试样动弹性模量最小,循环振动荷载幅值增大到临界动应力时,动弹性模量加速减小;根据阻尼比随振动次数的变化特征,提出了能够考虑其衰减速率、初始阻尼比和稳定阻尼比特征的表述模型,并分析了动应力幅值和围压对裂隙膨胀土阻尼比变化的影响。研究结果对揭示动荷载下裂隙膨胀土力学特性的各向异性,确保膨胀土地区铁路路线和轨道交通的安全运营具有重要意义。 展开更多

关键词 膨胀土 裂隙方向 循环荷载 累积塑性应变 动剪切模量 阻尼比

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原状膨胀土裂隙演变性状的环境效应与表征 被引量：2

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作者 周振华 孔令伟 +1 位作者 李甜果 舒荣军 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期402-412,共11页

为探究原状膨胀土裂隙演变性状的环境效应,利用环境箱对饱和原状膨胀土开展不同湿度环境下的脱湿试验,并结合计算机断层扫描(computed tomography,简称CT)技术提取土体裂隙网络,计算相关特征指标。结果表明:膨胀土裂隙演变性状可由特征... 为探究原状膨胀土裂隙演变性状的环境效应,利用环境箱对饱和原状膨胀土开展不同湿度环境下的脱湿试验,并结合计算机断层扫描(computed tomography,简称CT)技术提取土体裂隙网络,计算相关特征指标。结果表明:膨胀土裂隙演变性状可由特征指标定量表征,且各项指标与脱湿速率密切相关;脱湿速率的提升逐渐弱化了土体的收缩变形程度,且二维裂隙率沿高度方向上的分布呈现出显著变化;从三维角度看,脱湿导致微裂隙持续扩张,且渐增的脱湿速率使得孔隙间的连通性不断增强,具体表现在土体连通裂隙率、孔隙与喉道体积、平均配位数的不断增长;另外,随着脱湿速率的增长,裂隙分布可概化为三阶段演变模式:(1)水平裂隙逐渐连通,斜向裂隙逐渐增多;(2)水平裂隙的连通度达到最大,斜向裂隙占比达到峰值;(3)斜向裂隙逐渐连通,水平裂隙再次衍生。裂隙分布演变模式最主要取决于原生裂隙的初始分布状态,而脱湿速率则是影响裂隙规模及连通程度的重要因素。 展开更多

关键词 原状膨胀土 湿度环境 裂隙演变性状 表征 连通性

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孔内超声波合成孔径成像与多频扫描探测系统

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作者 汪进超 韩增强 +3 位作者 王益腾 刘厚成 王超 胡胜 《华东地质》 2025年第1期79-88,共10页

通过地下岩体的结构特征和深部空区的勘测技术研究,查明岩体的缺陷区域及地下空间形态的精细化结构特征,对岩溶发育区的地下工程设计及施工具有重要作用。为了进一步了解深部地下岩体的“黑匣子”结构,攻破地下空间精细化勘探的关键技术... 通过地下岩体的结构特征和深部空区的勘测技术研究,查明岩体的缺陷区域及地下空间形态的精细化结构特征,对岩溶发育区的地下工程设计及施工具有重要作用。为了进一步了解深部地下岩体的“黑匣子”结构,攻破地下空间精细化勘探的关键技术,文章介绍了一种孔内超声波合成孔径成像与多频扫描探测系统。该系统在钻孔内光学与声学协同作用的基础上,建立了适用于探测复杂地质钻孔岩体结构的多频超声波扫描技术体系,以及具有智能感知和识别能力的钻孔岩体结构综合勘测装备。此外,该系统还能够实现复杂地质环境下钻孔岩壁、孔内溶洞和近场围岩的同步勘测,结合其配套的分析方法,构建了1套集“观察、测量、表征”于一体的钻孔岩体结构综合勘测体系。测试结果表明:孔内超声波合成孔径成像与多频扫描探测系统能够沿钻孔深入到难以触及的地下空间进行360°精细探测,能够丰富地下空间开发与建设中的岩体结构勘测数据,具有较好的前瞻性和广泛的应用前景。 展开更多

关键词 钻孔探测 地下空间 超声波扫描 孔壁成像 信息融合

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基于声光组合测量的水下构筑物表面缺陷3维可视化方法

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作者 王翔 汪进超 +2 位作者 刘厚成 宋万鹏 李姝祺 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第2期64-73,共10页

准确掌握水下构筑物表面的缺陷特征信息,能够为构筑物的健康诊断与安全评估提供科学依据。针对目前水下狭小空间环境中,测试设备尺寸受限、与声光数据同步利用和融合难的技术瓶颈,提出基于声光组合测量的水下构筑物表面缺陷3维可视化方... 准确掌握水下构筑物表面的缺陷特征信息,能够为构筑物的健康诊断与安全评估提供科学依据。针对目前水下狭小空间环境中,测试设备尺寸受限、与声光数据同步利用和融合难的技术瓶颈,提出基于声光组合测量的水下构筑物表面缺陷3维可视化方法。首先,在利用声光组合测量技术捕获有效数据的基础上,构建能够反映缺陷目标典型特征参数的定量表征方法;随后,提出综合考虑典型目标特征的声光特征数据匹配方法,以局部单幅光学纹理图像中的缺陷特征为搜索目标,提高声光数据的匹配程度,丰富全局拼接纹理图像中的细节信息;最后,通过构建纹理特征图像增强算法,形成同步利用声光组合数据的水下构筑物表面缺陷3维可视化技术体系,并结合实例分析,验证本文方法的正确性与优越性。结果表明,声光组合测量技术能够提高水下构筑物表面缺陷检测的效率和精度,同步利用声波扫描数据和光学纹理信息突显水下构筑物表面缺陷的3维可视化特征,为水下构筑物表面缺陷的3维可视化及定量描述提供一种新的技术方法。 展开更多

关键词 水下构筑物 声光组合测量 缺陷可视化 声波扫描 表面纹理特征

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非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性与其持水特征曲线确定方法

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作者 尚召伟 孔令伟 +3 位作者 鄢俊彪 高志傲 王斐 黎澄生 《岩土力学》 2025年第4期1131-1140,共10页

持水特征曲线是研究非饱和土强度、变形及渗流特性的基础,室内直接测量持水特征曲线复杂耗时。为快速准确获取花岗岩残积土的持水特征曲线,开展了不同含水率原状花岗岩残积土的共振柱试验,研究了非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性... 持水特征曲线是研究非饱和土强度、变形及渗流特性的基础,室内直接测量持水特征曲线复杂耗时。为快速准确获取花岗岩残积土的持水特征曲线,开展了不同含水率原状花岗岩残积土的共振柱试验,研究了非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性,并分别基于双应力状态变量最大剪切模量预测模型和单应力状态变量最大剪切模量预测模型反演了花岗岩残积土的持水特征曲线。研究表明:含水率对花岗岩残积土小应变剪切模量影响显著,剪切模量随着含水率的增大而减小,随围压的增大而增大;基于双应力状态变量最大剪切模量预测模型反演的持水特征曲线与压力板试验获得的结果较为一致,并通过试验数据检验了双应力状态变量最大剪切模量预测模型的准确性,讨论了模型的力学机制。利用共振柱试验不仅能够直接研究非饱和花岗岩残积土的小应变剪切模量特性,还可以通过反演法确定花岗岩残积土的持水特征曲线,为持水特征曲线的获取提供了一种新途径。 展开更多

关键词 原状花岗岩残积土 共振柱试验 小应变剪切模量 非饱和土 持水特征曲线 反演分析

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六瓣梅花型混凝土桩截面几何特性研究

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作者 李龙 《工程建设》 2025年第4期13-19,共7页

六瓣梅花型混凝土桩是为满足工程需要研发的一种新型异型桩。为促进六瓣梅花型混凝土桩的推广应用,文章基于桩截面外切圆半径和开弧弧度两个控制变量,对其截面几何特性进行研究。研究表明:1)随着截面外切圆半径和开弧弧度的增大,桩截面... 六瓣梅花型混凝土桩是为满足工程需要研发的一种新型异型桩。为促进六瓣梅花型混凝土桩的推广应用,文章基于桩截面外切圆半径和开弧弧度两个控制变量,对其截面几何特性进行研究。研究表明:1)随着截面外切圆半径和开弧弧度的增大,桩截面面积和截面周长逐渐增大;2)随着截面外切圆半径的增大,周长-面积比逐渐减小,随着开弧弧度的增大,周长-面积比逐渐增大;3)当六瓣梅花型混凝土桩与圆形桩截面面积相等时,开弧弧度在60°~180°范围内,六瓣梅花型混凝土桩截面周长比等截面圆形桩的截面周长大0~10%;4)随着截面外切圆半径的增大,六瓣梅花型混凝土桩主惯性矩逐渐增大,且大于等截面圆形桩的主惯性矩。本文成果可为六瓣梅花型混凝土桩的桩基设计提供参考。 展开更多

关键词 地基处理 六瓣梅花型混凝土桩 惯性矩 承载力 几何特性

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水位变动引发干法赤泥堆场坝体失稳的模型试验与数值模拟研究

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作者 常仕奇 董晓强 +4 位作者 刘晓凤 李江山 刘晓勇 张豪儒 黄寅豪 《岩土力学》 2025年第4期1122-1130,1162,共10页

针对干法堆存赤泥堆场在水位变动下可能发生的失稳危险问题,采用自行设计的水位控制系统模拟水位变动下的赤泥坝体溃坝情况,揭示了不同坡比(1:2和1:1)赤泥坝体在水位变动下的浸润线、孔隙水压力、土压力的分布规律以及裂缝演化等破坏特... 针对干法堆存赤泥堆场在水位变动下可能发生的失稳危险问题,采用自行设计的水位控制系统模拟水位变动下的赤泥坝体溃坝情况,揭示了不同坡比(1:2和1:1)赤泥坝体在水位变动下的浸润线、孔隙水压力、土压力的分布规律以及裂缝演化等破坏特征。试验结果表明:浸润线的抬升先快后慢,存在滞后性;浸润线下方孔隙水压力最大位置的水平土压力最大;不同坡比下,产生主裂缝原因不同,坡比为1:2时,在重力与水力综合作用下,坡面裂缝因赤泥坝体内部形成延伸至坡面的贯穿通道而产生;坡比为1:1时,坝顶处裂缝因浸润线下方产生滑动的坡体对上部坡体产生牵引效应而出现。利用有限元软件ABAQUS对不同坡比赤泥坝体的应力场与渗流场进行了分析,得到了坝体坡面应力场及位移的分布规律,数值模拟计算的结果与模型试验结果一致。 展开更多

关键词 赤泥坝体 浸润线 土压力 孔隙水压力 位移 裂缝

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基于三相孔隙介质模型的地震动传播特性研究

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作者 杨艳霜 闫磊 +4 位作者 张占荣 刘永莉 崔臻 彭剑承 亢兆鹏 《岩土力学》 2025年第4期1109-1121,共13页

研究地震动在软土层中的传播特性对建筑物抗震设防具有重要现实意义。根据地震动在离心振动台试验中的衰减特性,将获取的土样重塑成35%、45%、55%含水率的土样并进行常规物理试验。通过宏细观参数对比来设定模型中颗粒之间的团簇形态和... 研究地震动在软土层中的传播特性对建筑物抗震设防具有重要现实意义。根据地震动在离心振动台试验中的衰减特性,将获取的土样重塑成35%、45%、55%含水率的土样并进行常规物理试验。通过宏细观参数对比来设定模型中颗粒之间的团簇形态和颗粒之间黏结的切法向刚度、摩擦系数、泊松比、阻尼比等参数,并引入质量阻尼β_(n)和刚度阻尼k_(n)来限制颗粒的运动状态,调节颗粒运动中的碰撞。依据不同含水率常规物理试验结果修正三相孔隙介质地层模型的细观参量,以研究在地震荷载下不同含水率的软土对峰值加速度传播衰减效应的影响。研究结果表明,在不同地震动条件下,峰值加速度在30m深度段,软硬分层土质中呈现出先缓慢衰减后急剧衰减再回弹上升的变化规律。随着含水率增加,深度30~8m地层内峰值加速度衰减倍率在2.33~2.70区间内增加;而深度8~0m地层对应放大倍率则在1.60~1.23区间内减小。反应谱周期0.2~1.1s对应中低频率范围,加速度值呈现增加趋势,在周期1.1~2.0s内对应的是高频率范围,加速度值普遍呈现减小趋势,这与高频衰减效应一致。通过数值模拟与理论分析对比验证,初步探明了不同含水率条件下地震动在近地表的传播放大规律,为评估地震灾害风险及提升地震防护提供了理论依据。 展开更多

关键词 地震波 放大效应 离散元 峰值加速度 含水率

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基于有限元法的斜坡桥桩承载特性影响因素研究

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作者 李晨辉 汤华 秦雨樵 《中国新技术新产品》 2025年第7期75-80,共6页

为研究斜坡桥桩承载特性的影响因素,本文应用有限元软件MIDAS GTS建立斜坡桥桩模型,研究了坡角、桩径、桥桩埋置深度及桥桩位置对桥桩承载特性的影响。结果表明,当边坡稳定性系数较高时,坡角增加对桥桩承载特性的影响较小,当边坡处于欠... 为研究斜坡桥桩承载特性的影响因素,本文应用有限元软件MIDAS GTS建立斜坡桥桩模型,研究了坡角、桩径、桥桩埋置深度及桥桩位置对桥桩承载特性的影响。结果表明,当边坡稳定性系数较高时,坡角增加对桥桩承载特性的影响较小,当边坡处于欠稳定状态或不稳定状态时,会极大影响桥桩的极限承载力,桥桩埋置深度与桩径的变化相似,桩径和埋深增加会导致桥桩极限承载力增加,但是桩径增至一定程度时,对极限承载力提升有限,桥桩位置对其极限承载力的影响较大,桥桩抗压极限承载力随桥桩与坡脚间水平距离增加而逐渐降低。 展开更多

关键词 边坡 桥桩 承载特性 抗压极限承载力

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基于贝叶斯更新的煤矿回采巷道采动变形预测方法

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作者 张斌 贾海宾 +4 位作者 李阿涛 王怀远 陈郁川 于万泉 秦长坤 《隧道与地下工程灾害防治》 2025年第1期57-67,共11页

回采巷道受强烈采动影响易出现顶板剧烈下沉、大变形和结构破坏等灾害,准确预测其变形趋势对于保障矿井安全生产和实现有效的围岩控制具有重要意义。本研究以新巨龙煤矿回采工作面的围岩变形监测数据为基础,分析了回采巷道采动变形的演... 回采巷道受强烈采动影响易出现顶板剧烈下沉、大变形和结构破坏等灾害,准确预测其变形趋势对于保障矿井安全生产和实现有效的围岩控制具有重要意义。本研究以新巨龙煤矿回采工作面的围岩变形监测数据为基础,分析了回采巷道采动变形的演化特征,并提出了适用于煤矿回采巷道的经验预测模型。针对传统经验模型难以考虑围岩变形的动态变化及参数不确定性的问题,本研究引入贝叶斯更新算法,构建了动态更新预测模型,通过实时监测数据动态调整模型参数的后验分布,以提高预测精度并降低预测的不确定性。以新巨龙煤矿6305和2305工作面监测数据为例对模型进行验证,结果表明,随着数据累积和更新次数增加,模型参数后验分布趋于稳定,预测精度显著提高,最终预测变形值与实测值高度吻合,预测拟合系数R^(2)达到0.98以上,均方根误差显著降低。此外,以另外一个煤矿某工作面数据进行扩展验证,结果进一步证实了本研究方法在不同地质条件矿井下的泛化能力和适用性。本研究提出的贝叶斯更新预测方法能够有效应对围岩变形的动态变化和参数不确定性,为煤矿回采巷道的围岩稳定性控制提供数据支撑。 展开更多

关键词 回采巷道 采动变形 预测 经验模型 贝叶斯 动态更新

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深部厚煤层采动巷道失稳特征及锚网索注梯级支护技术 被引量：7

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作者 陈梁 孟庆彬 +3 位作者 戚振豪 刘滨 孙稳 张东东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期533-548,共16页

随着煤炭开采深度的增加,采动巷道大变形、难支护、反复修复等问题较为突出。针对深部厚煤层采动巷道支护难题,采用钻孔成像仪探测深部厚煤层采动巷道围岩松动破碎区分布特征及范围,采动巷道松动破碎范围约为2.8~3.7 m,属于大松动圈不... 随着煤炭开采深度的增加,采动巷道大变形、难支护、反复修复等问题较为突出。针对深部厚煤层采动巷道支护难题,采用钻孔成像仪探测深部厚煤层采动巷道围岩松动破碎区分布特征及范围,采动巷道松动破碎范围约为2.8~3.7 m,属于大松动圈不稳定围岩。开展深部厚煤层采动应力分布规律及巷道失稳特征相似材料模型试验与FLAC^(3D)数值模拟分析,揭示工作面回采时采动应力传递规律及采动巷道围岩变形场、应力场与塑性区的分布特征,确定深部厚煤层工作面停采线距离巷道约50 m,以降低采动应力对煤层底板巷道稳定性的影响。基于理论分析及支护结构承载特性模型试验等,提出深部厚煤层采动巷道锚网索注梯级支护技术,并成功应用于郭屯煤矿-808 m水平进风大巷支护工程实践。现场矿压监测结果表明,采动巷道围岩变形持续约60 d后趋于稳定,围岩顶板最大下沉量为71~75 mm、底板最大鼓起量为63~69 mm、帮部最大内挤量为94~118 mm,未发生冒顶与片帮等事故,取得良好的支护效果。 展开更多

关键词 深部厚煤层 采动巷道 失稳特征 锚网索注支护

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