低渗透砂岩型铀矿床增渗方法及其可行性研究

为满足国内核电快速发展对铀资源的大量需求,解决制约低渗透砂岩型铀矿床原地浸出顺利生产的瓶颈,借鉴在油气田增产、煤气开采及瓦斯治理等方面提高岩体渗透性方法的成功经验,分析这些方法在原地浸出开采中应用的不足,提出了适用于低渗透砂岩型铀矿床原地浸出生产的无临空面深层岩体爆破增渗方法,以提高低渗透赋矿岩层的渗透性。通过初步爆破增渗模型试验,验证了无临空面深层岩体爆破增渗方法的可行性。     

盐岩蠕变相似模型及相似材料研究

相似材料模型试验是研究岩土工程的重要手段之一。基于相似理论,应用量纲分析法,推导考虑盐岩蠕变特性的相似模型,得到相关参数的相似判据,并以不同粒径的工业盐、精铁粉为骨料,环氧树脂、乙二胺为黏合剂构成相似材料,经过大量的材料配比力学试验,得到了一种基本满足金坛盐岩蠕变相似模型要求的材料配比,为开展盐岩地下油气储库建造及运营期的变形、破坏相似材料模型试验打下了坚实的基础     

水库型滑坡模型试验相似材料的研制及应用

相似材料的研制是滑坡模型试验的关键。在相似材料的研究基础上,通过大量的配比试验,结合模糊综合评价法对不同配比材料的相似性进行比较,研制出同时模拟物理力学性能相似和渗流作用相似的水库型滑坡相似材料,这种材料由标准砂、滑体土、膨润土和水溶液混合而成。同时通过库水作用下滑坡模型试验评价该材料的相似效果,记录水位升降过程中坡内的孔隙水压力变化、渗流变化、滑面形态及裂缝形成发展过程。试验结果表明,库水对岩土体物理力学性质的弱化和坡内指向临空面的渗透压力是滑坡产生的主要诱发因素;水库型滑坡的破坏模式为有多级滑面的牵引式破坏;试验观测的浸润线与理论计算结果基本吻合。该相似材料的物理力学性能和渗流效果均能达到试验相似要求,模拟库水作用下滑坡变形破坏过程的效果良好,是一种比较理想的水库型滑坡模型相似材料。研究结果为进一步开展大型水库型滑坡模型试验提供了科学依据。     

地质力学电磁场模型试验相似理论研究

地质力学磁力模型试验是利用电磁力模拟重力、电磁力场模拟重力场的原理建立的地质力学模型试验理论与方法。其试验相似判据可根据相似理论的3个基本原理推导。用量纲分析和方程推导均可得到各参数相似判据为 , , , , , , 。在模型中,时间t、几何尺度l缩小n倍,重力加速度g扩大n倍,而材料的其他基本物理力学参数? 、? 、? 、? 、E、c、k、v、q、? 的相似比均为1,从理论上说可采用结构的原型材料进行地质力学磁力模型试验,这在模型试验的操作上十分方便。     

单临空面岩体中爆破诱发损伤的数值分析

岩石的抗压强度远大于其抗拉强度,所以在单临空面岩体爆破中,工程技术人员关注的不仅是炮孔附近的塑性压剪损伤,更多的是临空面附近的拉裂损伤,临空面若是地表,可能会影响到施工的安全,甚至造成一定的经济损失。以往这类损伤问题的数值模拟中大多只偏向于一方面：或忽略压剪损伤,或不考虑拉裂损伤,故所得出的结论难以满足工程需要。基于合理的应力修正方式,把现有的岩石拉-压损伤本构以简明的方式嵌入到大型LS-DYNA软件中,对单临空面岩体中的柱形和球形药包爆破问题进行了数值模拟,计算结果表明该法能较好地预测岩体中爆破诱发的拉裂、压缩损伤的分布规律和演化趋势。     

无临空面水压爆破技术

根据生产实际需要，提出了无临空面水压爆破技术方法，并对无临空面水压爆破药量计算公式及设计方法作了详细介绍。     

直墙半圆拱巷道爆破震动数值分析

为利于判断巷道围岩在爆破荷载作用下的稳定性及巷道内壁混凝土衬砌的安全,采用ANSYS/LS-DYNA分析了巷道钻爆法掘进爆破荷载作用下震动区岩体的动力响应。结果表明,近区岩体内部爆破压力、单元有效应力、质点振动速度随爆心距的衰减规律基本符合萨道夫斯基经验公式,单元有效应力与质点振动速度的衰减规律具有很强的相关性;巷道围岩临空面上的质点振动速度以沿巷道方向的振动速度为主,巷道横截面内垂直临空面方向次之,横截面内沿临空面方向为最小。巷道同一横截面处各质点的振动波形基本相同,拱顶的振动速度峰值比帮部的要大10%左右,拱与帮的连接处振动速度峰值较小。巷道围岩沿巷道方向临空面上质点振动速度衰减规律也基本符合萨道夫斯基公式,以上分析结果对采用钻爆法进行岩巷施工时,控制近区震动区爆破荷载对结构的影响具有一定的指导作用。     

岩层倾角影响顺层岩石边坡稳定性的模型试验研究

根据相似理论建立地质力学模型,介绍了模型试验的设计和过程。通过4组对比试验,研究了原型边坡的变形破坏机制以及改变边坡岩体的岩层倾角对边坡稳定性的影响。试验结果表明,顺层边坡的主要变形方式均为滑动变形,破坏模式为滑移-拉裂破坏,滑动过程为分级滑动,越往后拉裂面倾角越小。边坡的变形破坏首先发生在临空面靠近地表部位。层面强度越大,边坡越稳定;岩层倾角越小,边坡越稳定。     

大相似比模型试验用超高强相似材料配比试验研究

物理材料相似模拟试验是岩土工程领域中一种常用的研究手段,选择合适的相似材料并确定其配比是成功模拟原型工程的关键。现有相似材料多是针对几何相似比较小(1∶250～1∶25)的相似模拟试验研制,其强度普遍较小(0.2～7.6 MPa),难以满足较大相似比模型试验的需求。因此,为配制出强度在10 MPa以上的适合较大相似比模型试验的超高强相似材料,选择河砂、重晶石、石膏及不同强度等级的水泥作为模型试验的相似材料原料,以骨胶比、水泥石膏比、重晶石含量及水泥强度等级为正交试验的4个因素,共设计25组不同材料配比方案。根据试验要求制备各类相似模拟试件并开展相应的岩石力学试验,获得不同配比相似材料的基本物理力学参数。结果表明：试验所得相似材料力学参数变化区间较大,抗压强度为3.017～48.179 MPa,能满足较大相似比下超高强度相似模拟试验的需求;通过直观分析法分析各因素对相似材料物理力学参数的敏感性和影响规律,发现重晶石含量对相似材料密度起主要控制作用,骨胶比对相似材料抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内摩擦角起主要控制作用,水泥石膏比对相似材料黏聚力起主要控制作用;运用SPSS软件对相似材料配比...     

水文相似概念与理论发展探析

目前,工程水文领域面临诸多问题有待解决,例如怎样合理地将现有水文观测成果外推至无资料流域,这也成为国际水文科学协会“无测站流域水文预测计划（PUB）”所遭遇的理论瓶颈。一个可行的方法就是依据流域结构特征构建水文相似因子,并对流域进行分类,在相似框架下完成观测成果向无（缺）测站流域的转化。分析发现,水文学缺乏类似于水力学、化学和生物学的分类与相似理论体系。通过对不同学科相似理论的回顾,定义了水文相似的概念,给出了构成流域水文相似的三要素,即驱动力、结构和水动力要素。最后,讨论了可用于水文相似研究的两类方法:数理解析法和量纲分析法,并给出了其用于实际流域水文相似研究时存在的问题及解决途径。     

Micro-sequential contour blasting—how does it influence the surrounding rock mass?

The optimal delay time between the contour holes in rock blasting has been studied by theoretical and empirical research in Sweden, regarding ground vibrations, increase in crack frequency, radial crack length and finally overbreak (half cast factor). The model test presented in this paper concerns controlled contour blasting in tunnelling and the full-scale blasts concern tunnelling, road cutting, and dimensional stone quarrying. The results indicate that the microsequential contour blasting technique (contour holes fired in sequence and with a delay in the order of 1–2 ms) is superior to simultaneous initiation both regarding blast-induced ground vibrations and crack frequency increase in the rock mass. Both these evaluation methods reflects the conditions deeper in the remaining rock mass. Simultaneous initiation, however, is superior to micro-sequential contour blasting both regarding the half cast factor and the length of radial cracks emanating from the blastholes. These two parameters are more related to the surface conditions after blasting. The industrial applications of this new knowledge are the use of micro-sequential contour blasting when ground vibrations are of greater concern than the contour, for example, in trench blasting or quarrying in urban areas, and the use of simultaneous initiation when an even rock surface is of high priority.     

含软弱夹层岩体边坡爆破层裂特性及稳定性研究

基于爆破相似理论建立含软弱夹层顺层岩体边坡爆破的力学模型,并介绍模型爆破层裂试验和剪切试验的设计思路及试验方法。以某石灰石矿采场黏土质夹层物为软弱夹层原料,通过相似模型试验研究爆破作用下含软弱夹层岩体边坡的层裂特性及稳定性。试验结果表明,爆破后可将软弱夹层分为爆腔区、压密区、影响区和无扰动区;爆腔区、压密区和影响区构成模型层裂区;爆前模型抗滑稳定安全系数最大、爆后次之、爆破过程中最小;层裂范围直接影响模型抗滑稳定安全系数。软弱夹层厚度对模型的层裂范围和抗滑稳定安全系数有较大影响。     

爆破工程地质控制论

爆破理论与技术的创新和发展,对我国爆破工程事业乃至基础设施建设都是十分重要的。在数十年爆破理论研究与生产实践的基础上,对爆破及其破岩的科学概念进行了定义,系统阐述了炸药能量特征、岩体介质特征、炸药能量与岩体介质相互作用等决定爆破作用机制和效果的因素及其相互关系,明确指出地质条件是爆破的基础,炸药能量特征必须与岩体介质特征来适应;基于岩体特性及其爆破特征,将自然岩体划分为似均匀连续体和不连续体两类。研究表明,在似均匀连续体中,岩体爆破作用机制和效果受微地形最小抵抗线控制;在不连续体中,受岩体结构特征控制。两者结合,形成了爆破工程地质控制论。     

损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数研究

岩体条件复杂多变,为了提高光面爆破的适应性、改善光面爆破效果,对损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数进行研究。通过对深部岩体巷道光爆层原岩应力场、光面爆破机制和振动损伤特征进行分析,基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论,考虑高原岩应力和岩石损伤影响,提出了损伤条件下深部岩体巷道光面爆破参数确定的计算方法。研究表明, （1）高原岩应力相当于提高了岩石的抗拉强度,不利于炮孔初始裂纹的形成及贯通,宜减小周边眼间距;（2）岩石损伤后,其他条件不变,光面爆破的炮孔间距和抵抗线值可适当加大;（3）高原岩应力和损伤条件下,光面爆破的炮孔间距较小时,容易造成爆后围岩损伤,降低围岩的稳定性能,因此,提高爆破效果的同时应及时加强支护,以确保施工安全和围岩稳定;（4）本文提出的光面爆破参数计算公式,经现场爆破验证效果良好,适用于复杂多变的岩体环境。     

桥基岸坡变形破坏机制物理模拟研究

结合某大桥桥基岸坡地质条件,采用相似原理为基础的底摩擦试验方法,定性模拟分析了在天然状态和加载条件下岸坡岩体的变形破坏过程和模式。试验结果表明：在天然状态下,左右岸岸坡岩体处于稳定状态;在加载条件下,左岸岸坡岩体稳定,右岸发育的错落体失稳,而导致整个岸坡不稳定,建议对其进行预加固或改变桥墩位置     

程潮铁矿地下开采引起岩层移动机制初探

在对矿区地质条件、采矿情况以及监测资料分析的基础上,提出了悬臂梁的力学模型。该悬臂梁是由NWW向节理切割下盘的花岗岩岩体而产生。地下采矿引起的岩层移动分为两个阶段,筒状破坏延伸到地表之前为第1阶段;筒状破坏延伸到地表后,则进入第2阶段。筒状破坏延伸到地表使水平构造应力释放,悬臂梁受力发生变化,而发生弯曲折裂变形和破坏,从而形成了深部岩体破坏的4个区:破裂岩体区、破裂过渡带、变形区和未扰动岩体区。通过对矿区地表测点所测数据进行分析,结合上述岩层移动机制和裂缝产生过程,将变形区域划分为:变形累积区、裂缝产生区、裂缝扩展区和裂缝闭合区。随着采矿的进行,深部岩体4区将逐渐向下延伸,地表4区将逐渐向外扩展。     

基于ANSYS/LS-DYNA的岩石爆破结构数值模拟分析

等离子爆破技术是一种新型爆破技术,其爆破孔的设计对整个爆破效果及爆破效率起着决定性的作用。本文基于ANSYS/LS-DYNA建立了爆破孔的有限元模型,并对爆炸荷载作用下掏槽孔孔壁压力及其破碎区进行了数值模拟。研究结果表明,爆破时畸变能的变化自始至终都基本呈椭圆形,孔径越小,积累的能量越大,对岩体破坏越大;孔深长度越短,能量积聚空间越小,爆破对岩体造成的破坏越大;孔深长度的改变对下部岩体影响较小,对中部岩体影响较大。此外由于爆炸实验多为破坏性实验,很难进行原型试验,因此使用数值模拟方法研究爆破孔的结构是可行的,可以作为实际工程的参考。     

天然地应力作用下不同产状岩体裂隙渗流特性研究

为了研究天然地应力作用下裂隙产状等因素对深部岩体裂隙渗流特性的影响,基于单裂隙面渗透性服从负指数变化规律,建立了三维应力作用下不同产状裂隙的渗透系数计算公式,利用Lagrange乘子法分析裂隙面产状变化对其渗透性的影响,并分析了岩体裂隙有、无充填物对其渗透性的影响及敏感性;然后,以我国大陆地区地应力统计规律为例,分析了地表以下5 000 m范围内在天然地应力作用下裂隙渗透性随深度、产状的变化规律。结果表明：裂隙产状的变化对其渗流特性有明显影响,对于浅层岩体,在大主应力大致呈水平方向分布时,随着裂隙面倾角的增加,裂隙渗透系数逐渐降低;但随着深度的增加,在裂隙深度超过约200 m和裂隙面走向与大或中主应力方向大致一致时,裂隙渗透性反而会随着裂隙面倾角的增加逐渐增加,在裂隙面走向与小主应力方向垂直时增加最为明显;对于深部岩体,裂隙的渗透性很小,裂隙面产状的变化对其渗透性影响很弱;对于有充填物裂隙,岩块与充填物的弹模比和充填物泊松比的变化对裂隙渗透性的影响很小。研究结果可为深入研究我国深部岩体渗透特性变化规律提供借鉴意义。     

考虑损伤效应的岩锚梁光面爆破数值分析

在地下厂房岩锚梁爆破施工中,为获得良好的开挖轮廓面和较小的损伤区,常采用光面爆破的开挖方式,但在光面爆破施工中,主爆孔爆破对光爆层岩石造成较大程度的损伤,使岩石的力学参数发生变化,而在爆破设计与施工中未考虑这种损伤效应,结果造成单孔装药量偏大,岩石受到过度破坏,出现超挖或产生大量的爆振裂隙。应用动力有限元程序,建立岩体二维弹塑性模型,对不考虑损伤和考虑损伤的光面爆破过程进行了数值模拟,并比较两种模型最大有效应力随距离的变化关系。研究结果表明,在相同情况下,考虑损伤影响时可适当加大光面爆破的炮孔间距和抵抗线。在现场进行了考虑爆破损伤和未考虑爆破损伤的两组爆破试验,观察爆后效果表明：考虑爆破损伤效应的参数设计爆破效果好、损伤作用小。