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岩石力学与工程学报 2010年第A01期杂志 文档列表

岩石力学与工程学报杂志第一部分：岩石力学与地下（隧道）工程

三河尖矿深井高温体特征及其热害控制方法2593-2597

摘要：地热异常矿井进入深部开采后热害现象严重。通过对三河尖矿地温场、地温梯度变化规律及岩石热物理性质的分析，揭示三河尖矿深部地温随深度的增大变化异常，大地热流值偏高，为典型地热异常矿井。总结分析得出三河尖模式高温热害特征，即冷源短缺地热异常。针对三河尖模式热害治理，结合三河尖矿地面供热现状，提出三河尖模式热害治理HEMS降温技术，该技术利用井下热水实现井上供热，将产生冷能储存于第四系储能层用于井下制冷，解决热害的同时实现地面供热。三河尖矿成功的实现一期井下热害治理工程，通过对72201工作面降温效果分析，该系统大大改善工作面长期以来高温高湿的工作环境，值得在深部开采及相关领域推广应用。

特大跨度连拱隧道岩体节理的精细化描述及其块体稳定性分析2598-2603

摘要：福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道是双向八车道连拱隧道，隧道区域内节理发育，开挖过程易于产生块体，而块体稳定则是公路隧道施工过程中最为关键的问题之一。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面及其他出露区域的节理进行精细化采集与描述，经统计分析后预测隧道正洞区域内的节理分布，运用关键块体理论分析中导洞节理精细采集断面所对应的隧道正洞区域在开挖过程中可能产生的关键块体的位置、大小、下滑力、安全系数等与关键块体稳定相关的参数。对各关键块体在先后施加锚杆和衬砌加固的情况下进行力学计算，分析块体的稳定性，评价支护方案，为隧道的设计与施工提供依据。

深井软岩巷道钢管混凝土支护结构性能试验及应用2604-2609

摘要：深井软岩及动压巷道支护难度大，传统的支护方式已难以满足需要。为此研发钢管混凝土支架，在实验室测试支架的力学性能，试验支架采用痧140mm×4．5mm钢管和C40混凝土，由4段构成，接头采用套管连接。在侧向约束、纵向点载荷加压条件下，试验支架的极限承载力为1504．1kN，纵向极限压缩变形为82．65mm，破坏方式为钢管材料屈服破坏。与U型钢支架相比，钢管混凝土支架支护反力大、性价比优越。钢管混凝土支架在煤矿井下巷道支护应用效果良好，有着广泛的推广应用前景。

加载速率对岩石材料力学行为的影响2610-2615

摘要：加载速率会造成岩石材料破坏形态的改变，材料破坏过程中存在塑性向脆性转变的临界速率。在颗粒流程序下，通过Fish语言编程，虚拟实现岩石数值试件，并进行0．0005，0．0010，0．0050，0．0500m／s四个加载速率下的单轴压缩数值试验。分析加载速率对岩石破裂形态、裂纹数量和扩展、应力-应变曲线和能量转换的影响。发现：加载速率的增加破坏优势剪切带的发展，使得剪切带等速发展，材料呈现锥形破坏；加载速率的增加使得材料的力学性能表现出极大的伪增强，材料更破碎，能量损失增大，这与材料吸收和破坏消散能量的能力有关。

谦比希矿深部开采隔离矿柱稳定性分析2616-2622

摘要：隔离矿柱是地下开采矿山浅部转深部开采的衔接部分，其合理尺寸选择及其稳定性对深部开采安全极其重要。针对谦比希矿浅部转深部开采的实际情况，采用极限跨度法、经验公式法以及极限平衡分析方法，对原设计的隔离矿柱尺寸进行验算，提出合理的隔离矿柱厚度为21m；根据隔离矿柱尺寸，修正原隔离矿柱留设方案，对所修正的方案应用FLAC如对其稳定性进行分析计算。结果表明，当隔离矿柱下部回采高度达到33m时，此隔离矿柱将完全失去其稳定性，而此时在深部开采采用无底柱分段崩落法回采时，其覆盖层厚度已达到28m以上，这就不能对深部无底柱分段崩落法开采的采场内人员和设备安全造成威胁，满足浅部转深部开采平稳过渡安全生产要求，为谦比希矿隔离矿柱设计与施工提供依据和指导，同时也为相关矿山的浅部向深部开采平稳过渡提供一定的借鉴意义。

深部侧空条件下顶板岩层分区破裂探测研究2623-2629

摘要：采用YTJ20型岩层探测记录仪，对新汶孙村煤矿埋深1300m、侧临采空的2222东回风巷内顶板破裂分区进行探测研究，结果表明：深部高应力是深部岩层分区破坏的根源；在侧空开采条件下，处于深部高支承压力集中的区域，顶板岩层内分区破裂数量将大于处于卸荷、大变形区域岩层分区破裂数量，但受岩层沉降大变形的影响，沿着卸荷、大变形区域岩层内原宽裂缝或离层的下部，在张裂作用下破裂区将进一步扩展，因此可以通过观测离层来确定深部较大尺度岩层分区破裂的位置；同时，岩性对分区破裂有一定的影响，粉砂岩比砂岩更易出现分区破裂现象。研究结果为进一步研究深部关键层结构及其力学特征，深部岩层分区破裂和深部岩石力学致灾机制之间的关系提供依据。

深部开采水平应力场与地表远区移动分析2630-2636

摘要：官庄铁矿是我国东部地下矿之一，埋深500～1000m，采用无底柱分段崩落法回采。通过应力测量得知，矿区最大水平应力为垂直应力的1．14倍。针对北采区510-550m水平开采引起的远区水平移动问题，在大量实测资料分析基础上，采用数值方法和随机介质理论对水平移动进行预测，同时对实测水平移动进行分析。通过分析发现，距当前采区边界500m处的水平移动达到50mm，而此处并未观测到垂直移动。分析结果表明，由于存在较高的水平应力，导致水平移动较大，而这种现象就是由于官庄铁矿区砂岩和泥岩地层中所存在的高水平应力场引起的。

软弱夹层厚度模拟实用方法及其应用2637-2644

摘要：围岩中分布的软弱夹层对地下洞室围岩稳定性、支护结构安全性有着重要的影响，以软弱夹层的变形、强度等效为出发点，基于接触面单元和软弱夹层影响带概念，提出一种在固定的有限元网格中模拟不同厚度的软弱夹层的实用化模拟方法，并初步验证该方法的合理性、正确性、实用性；利用提出的模拟方法，以奥地利岩土工程有限元分析软件FINAL为平台，系统分析地下洞室分别位于Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级3种围岩，软弱夹层分别分布在顶部、拱肩、边墙3种不同部位，软弱夹层厚度分别为0．000D，0．005D，0．010D，0．020D，0．200D5种厚度等条件下，软弱夹层对洞室围岩位移场、应力场、塑性区以及喷层结构受力的影响，着重讨论不同软弱夹层厚度条件下，围岩位移场、应力场、塑性区及喷层内力随夹层厚度的变化差异；总结当前试验条件下，软弱夹层厚度对地下洞室围岩稳定性与支护结构安全性影响的一般规律；研究成果可望为地下洞室的规划、设计、施工，尤其是遭遇软弱夹层等特殊工程条件下的设计、施工、维护等提供一定的参考与指导作用。

隧道掌子面前方低阻夹层的瞬变电磁探测研究2645-2650

摘要：实践表明，隧道掌子面前方含水、充泥等不良地质体对隧道施工构成潜在的危险和障碍，严重影响隧道施工速度。由于瞬变电磁法对低阻体反应灵敏，在进行瞬变电磁隧道超前地质预报时，这些含水、充泥等不良地质体通常又可以近似当成一种低阻夹层来处理，因此，利用瞬变电磁法对掌子面前方低阻夹层的探测研究就显得很有意义。采用建立在全空间理论上的瞬变电磁等效导电平面法，利用遗传算法进行计算，并结合视纵向电导及其微分成像对隧道掌子面前方低阻夹层展开相应的正演模拟及应用研究，重点讨论视纵向电导微分成像的电性界面响应特点及其与视电阻率断面等值线联合解释方法，总结出相应的结论和规律，以此来指导瞬变电磁法在隧道内的超前地质预报工作，不断提高瞬变电磁探测的精度及准确度。

纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究2651-2656

摘要：裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一，特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法，对隧道主要裂缝进行安全评价，给出安全等级，同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价，给出加固前的隧道结构安全系数，通过工程实例验证说明，通过刚度退化模型计算承载力是可行的，为隧道的加固补强提供重要依据，并为今后纵向裂缝情况下衬砌结构的安全性评价、承载力的计算分析以及加固设计提供新的技术方法。

共和隧道页岩饱水软化试验研究2657-2662

摘要：渝湘高速公路共和隧道地质条件十分复杂，隧道施工遇到很大困难，隧道开挖后初期支护多处纵向开裂。隧道开裂段围岩为页岩，现场实际监测资料表明页岩层理、节理发育，易风化，亲水性较强，有水软化倾向。页岩的这些性质对隧道初期支护结构的效果及隧道长期稳定可靠性具有重要影响。针对这一施工难题，先进行页岩基本力学试验，获得页岩基本力学参数；然后采用声波探测与单轴抗压试验相结合的方法进行页岩的饱水软化试验，得到页岩动弹模量及强度的饱水软化方程。试验结果表明共和隧道页岩弹性模量及强度均较低；弹性模量和强度随饱水时间的增加而逐渐减小，服从负指数函数变化规律，饱水软化方程能很好的反应页岩的实际饱水软化规律；用声波探测和单轴抗压试验相结合的方法进行页岩饱水软化试验，可以大量减少岩石试样的数量，同时可以提高试验精度。试验成果为共和隧道高地应力大变形破坏段的初期支护结构重新设计及隧道衬砌结构的长期可靠性分析提供基本参数。

地铁土压平衡式盾构隧道施工安全评价模式研究2663-2668

摘要：针对地铁土压平衡式盾构隧道施工的特点，首先运用系统工程学的思想对盾构隧道施工存在的危险因素进行辨识，对地铁盾构隧道施工进行层次分析，然后构造安全评价指标体系，运用泛函理论确定指标层和准则层的权重，使用安全检查表法和作业条件危险性评价法等不同评价方法对指标层的款项进行评价，得出指标层、准则层的危险等级，最后使用模糊综合评判法对准则层进行评价得出目标层的危险等级，形成安全评价模式，该模式可为类似工程施工的安全评价提供参考。

地铁隧道穿越地裂缝带的结构抗裂预留位移量2669-2675

摘要：西安地铁穿越多条活动地裂缝带，地裂缝未来活动对地铁隧道结构造成严重威胁。论述西安地裂缝成因、活动方式和剖面特征，对未来地裂缝活动趋势和地铁设计使用期内地裂缝最大垂直位移量进行分析和预测。通过浅埋暗挖马蹄形地铁隧道穿越地裂缝带的三维有限元数值模拟，得出当地裂缝垂直位移量达到20cm时隧道出现开裂破坏，隧道结构抗裂设计时需分段设缝和扩大断面以适应地裂缝的大变形。基于数值模拟结果，建立地裂缝作用下地铁隧道与地裂缝正交和斜交条件下分段隧道三维运动位移模式，确定正交和斜交条件下结构抗裂的垂直位移、横向位移和轴向位移预留量。其结果可为西安地铁隧道穿越地裂缝带的结构设计提供参考。

采场围岩宏观应力壳演化特征2676-2680

摘要：基于综放采场围岩宏观应力壳的发现及其力学特征的分析，采用现场实测、实验室相似材料模拟试验及计算机数值模拟（FLAC3D）综合方法开展留窄煤柱非对称综放开采采场围岩应力壳壳基、壳体应力演化特征、演化形态及演化参数问的关系分析。研究结果表明，应力壳演化是工作面推进过程中采动高应力在围岩空间的动态平衡过程，其演化形态随工作面推进根据采场结构发生变化，非对称开采条件应力壳演化分为旧壳扩展阶段、新壳形成一壳基上提阶段及新旧壳贯通趋于相对稳定3个阶段，应力壳在覆岩空间中的演化形态近似呈半空间椭球壳，揭示应力壳应力演化及其形态特征。研究为采场围岩控制、巷道布置及其围岩控制、瓦斯抽采、安全高效开采等提供理论依据。

煤岩结构多尺度各向异性特征的SEM图像分析2681-2689

摘要：多孔介质微、细观结构的非透明一直是阻碍深入认识深部条件下岩体损伤及煤与瓦斯突出机制的难题。为此，基于小波多分辨分析，提出一种复杂孔隙介质微、细观结构的可视化及多尺度、各向异性的精细描述方法。为验证方法的可行性，对不同地区的6种煤岩试样进行扫描电镜观测；应用小波多尺度变换、图像分割、以及图像重建技术对煤样的SEM图像进行“亚像素”尺度分析；利用小波细节系数重建煤基质的水平、垂直、对角占优的微观孔隙图像；计算微孔的孔喉、孔穴随特征尺度的分布密度，以及微孔与节理的孔隙度与分形维数。用小波多分辨分析方法分割的宏观孔隙具有微米量级，微孔具有纳米尺度。各煤样的宏观裂隙的孔隙度与分维数均大于微观孔隙；孔喉特征尺度分布均具有相似的单峰形式，峰值点决定流体运移的阻力；孔穴的特征尺度分布呈现出单峰、或多峰形态，代表流体的储存能力。研究成果为深入认识复杂孔隙结构对岩体非线性力学行为的影响，提供几何边界、结构参数基于显微图像分析的可行方法。

基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法研究2690-2704

摘要：提出一种基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法，并将其应用于地质体渐进破坏过程的数值模拟研究。该方法以连续介质力学的基本理论为基础，以八节点正六面体单元为离散对象，根据有限元的形函数理论及正六面体单元刚度矩阵的具体表达式，将正六面体单元离散成为12根棱弹簧，并推导各弹簧的弹簧力计算公式，给出各弹簧的弹簧力分量的物理意义、对应的弹簧刚度及相关联的位移。在弹性部分的计算结果与传统的有限元计算结果一致的基础上，在弹簧中引入Mohr-Coulomb准则及拉伸破坏准则，进行弹簧破坏的判断。如果块体内的弹簧全部断裂，便将其视为散体。在判断破坏时采用双重判断模式，块体单元的判断主要用于选取弹簧潜在的破坏面，离散弹簧的判断用于计算弹簧上的真实弹簧力。最后，通过相关算例验证引入破坏准则后所得计算结果的合理性。块体单元离散弹簧法的实质是通过12根离散弹簧将单元转化为结构，因此可以通过分析各弹簧的断裂情况研究块体的内部破坏特征，更可以通过各弹簧的先后断裂过程来研究地质体的渐进破坏过程。

金坛盐穴地下储气库地表沉降预测研究2705-2711

摘要：金坛盐穴地下储气库作为西气东输的重要配套工程，其主要功能是为西气东输管道的季节调峰和安全稳定运行提供用气，确保长江三角洲地区的天然气用气安全。地表沉降的准确预测是其保证储气库建设和生产运行安全的一种重要手段。先应用盐岩水溶开采沉降新概率积分三维预测模型，基于开采沉降的分层传递原理，对盐穴20a变形收缩引起的地表沉降及盐穴报废垮塌可能引起的地表沉降进行预测。然后应用地表沉降动态预测模型计算出金坛盐穴地下储气库地表沉降的时间影响因素，获得地表任意点任意时刻的沉降预测值。对比分析表明预测值与实测值十分接近，证实传递预测模型较传统预测方法具有更高的预测精度。

淮安盐岩及含泥质夹层盐岩应变全过程试验研究2712-2719

摘要：针对淮安盐矿深部层状盐岩的构造特征，对含泥岩夹层盐岩、纯泥岩和纯盐岩3种岩芯试样进行单轴压缩和不同围压下三轴压缩的全过程试验研究，对比分析3种岩样的应变和破坏特性。试验结果表明：（1）含夹层盐岩及纯盐岩在单轴及三轴条件下，表现出明显的塑性应变趋势，且其应力一应变全曲线表现出明显的应变硬化软化性质；（2）盐岩及含夹层盐岩表现出明显的塑性应变能力，采用多次加卸载循环后的弹性加载曲线来测定其弹性模量值较符合实际；（3）对于纯盐岩试件，随着加载的进行，黏聚力随着塑性应变的增加而越来越小，内摩擦角则先增大后减小；（4）泥质夹层的存在对盐岩试件的力学性质有很大的影响，主要表现为试件强度的提高，并且泥质夹层的情况决定含夹层盐岩试件的破坏形式。