非饱和边坡中锚托板锚固尺寸的新算法

锚托板支护结构因为其安全稳定、经济和安装简便等优点在填方加固边坡中得到推广应用。然而目前在锚托板支护结构设计过程中,锚托板尺寸仍没有成熟的计算方法,设计过于保守。利用对数螺旋线滑移面结合极限平衡法计算得到非饱和土的主动土压力。根据土体内部平衡求出每层锚托板所需承担的拉力,得到了锚托板尺寸的计算方法,根据滑移面的位置得到了锚托板自由段拉杆的最小设计长度。将主动土压力计算结果与现有的经典文献进行了对比分析,发现主动土压力系数变化趋势与现有结论一致。分析了降雨工况和地震工况对锚托板尺寸的影响,结果表明,在降雨强度较小时对锚托板锚固尺寸的影响可以忽略,但在同时考虑强降雨和地震时,会显著增加所需的锚托板锚固尺寸,最大增大幅度可达136.71%。分析结果可为锚托板锚固尺寸的设计提供参考。     

框架预应力锚托板结构加固高填方边坡设计与数值分析

在地质条件复杂的西北山区工程建设中,需要加固大量填方高边坡。为了对填方边坡提供足够的锚固力且保证其整体安全,提出了一种安全稳定、经济简便的新型框架预应力锚托板支挡结构。该种结构适用于加固填方量较大的边坡,且加固效果良好。基于极限平衡算法理论,提出了锚托板抗拔力的计算公式及稳定性计算方法;采用PLAXIS 3D有限元软件,对锚托板的计算方法进行了对比分析;分析了边坡的位移、框架立柱的内力,并采用某实际边坡工程的位移监测数据进行对比,说明了数值模拟结果的合理性,证明框架预应力锚托板结构有效地起到了加固边坡、限制位移的作用。通过对锚托板板身的轴力以及摩阻力强度在施工过程中变化趋势的分析,揭示了该结构与土体的作用机理,并探讨了预应力值大小对该结构的影响。分析结果可为框架预应力锚托板加固高填方边坡的设计提供参考。     

框架预应力锚托板结构加固高填方边坡设计与数值分析

在地质条件复杂的西北山区工程建设中,需要加固大量填方高边坡。为了对填方边坡提供足够的锚固力且保证其整体安全,提出了一种安全稳定、经济简便的新型框架预应力锚托板支挡结构。该种结构适用于加固填方量较大的边坡,且加固效果良好。基于极限平衡算法理论,提出了锚托板抗拔力的计算公式及稳定性计算方法;采用PLAXIS 3D有限元软件,对锚托板的计算方法进行了对比分析;分析了边坡的位移、框架立柱的内力,并采用某实际边坡工程的位移监测数据进行对比,说明了数值模拟结果的合理性,证明框架预应力锚托板结构有效地起到了加固边坡、限制位移的作用。通过对锚托板板身的轴力以及摩阻力强度在施工过程中变化趋势的分析,揭示了该结构与土体的作用机制,并探讨了预应力值大小对该结构的影响。分析结果可为框架预应力锚托板加固高填方边坡的设计提供参考。     

基于云模型的隧洞围岩工程地质分类方法及应用

本文将云模型理论应用于隧洞围岩工程地质分类,通过建立隧洞围岩分类多级定量指标体系及评价等级标准,计算隧洞围岩云模型隶属度,将定性评价与定量划分成果进行结合,判定隧洞围岩工程地质类别。通过工程实践应用,该方法对围岩分类问题中的模糊性和随机性进行了统一,围岩分类结果与多位地质工程师联合判断结果相比较,在共计15段围岩中有14段相同,具有高的准确度,云模型理论应用于隧洞围岩分类是合理可行的。     

Mises屈服准则及其在钻探工具强度设计中的应用

在地质钻探工具设计和使用过程中,需要用到强度理论或屈服准则对遇到的钻采设备、工具失效等问题进行分析。为帮助人们对Mises屈服准则（应力）的理解,从理论上阐述了Mises屈服准则与畸变能密度理论的关系,其实质就是第四强度理论。在弹塑性范围内,Mises屈服准则统一了单向拉压状态的第一强度理论、复杂应力状态的第三强度理论和第四强度理论。Mises屈服准则在有限元数值分析中获得了更为广泛的应用。     

岩石剪切破裂中的“Riedel Shear”构造模式

岩石破裂中的“里德尔切变”(Riedel Shear),是地质构造研究中常见的违反岩石破裂准则理论的逆反现象。文中侧重从应力应变理论的角度讨论了这一构造模式形成的机理,并结合典型构造实例对其进行了系统分析。     

端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时,确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹,基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型,运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则,分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律,建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程,进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数,进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律,分析了留设煤柱宽度Wp、采硐宽度We、煤层埋深H及煤层倾角β等独立因素对支撑煤柱破坏宽度rp的影响规律,同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明,Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外,结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论,描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路,为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。     

广义破裂活动准则

岩石破裂及其后续活动是最基本的构造变形方式,然而,经典的破裂准则（Coulomb-Mohr准则、Griffith准则和以Byerlee律为代表的滑动摩擦律）在实际应用中存在不同方面的局限。文章在经典破裂准则的基础上,从产生破裂（扩张破裂和剪切破裂）的物理本质出发,结合广义剪切活动准则和长期的研究实践,通过理论分析,提出了“广义破裂活动准则”。该准则用统一的无量纲因子（破裂活动趋势因子）来表达扩张破裂活动和剪切破裂活动,可以用来定量判断任意介质、在任意三轴应力状态下、任意方位界面（包括先存薄弱面和非薄弱面）发生破裂活动的可能性以及破裂的类型,把Coulomb-Mohr准则、Byerlee律和Griffith准则统一起来,将破裂（fracturing）扩展到破裂活动（fracturing activity）。该准则在与破裂活动相关的资源勘探开发（如页岩气、干热岩等）、灾害（如地震与滑坡等）预测和防治中具有广阔的应用前景。     

不均匀系数法判别无黏性碎砾石渗透变形类型适宜性研究

不均匀系数法判别无黏性粗粒土渗透变形类型,至今仍被众多学者和技术人员推荐和应用,为验证该法的适宜性,采用试验验证、其他方法印证和理论分析相结合的方法,对收集的43个工程313个试样的渗透变形试验成果进行统计分析研究。结果表明,B.C伊斯托明娜的不均匀系数法三准则中,只有第3条准则是适合的,第1、2条准则均是不适合的,其中第1准则的判断结果甚至和实际试验结果截然相反。因而可以确认,B.C伊斯托明娜的不均匀系数法整体上不适合无黏性碎砾石的渗透变形类型的判别。     

正交各向异性剪切屈服准则研究及其数值实现

以各向同性Mohr-Coulomb剪切屈服准则为基础,研究了各向异性剪切屈服准则的一般理论方法。在此基础上,对正交各向异性的剪切屈服准则及其数值实现方法进行了研究,利用FLAC3D数值分析软件中的FISH语言编制了相应的计算程序,并引入FLAC3D中。理论分析和数值计算分析表明,正交各向异性剪切屈服准则与3个主应力均有关,各向同性剪切屈服准则为其特例,各向异性材料的屈服面不一定与最大剪应力面重合。     

基于分叉理论的岩体局部化现象研究

为了研究岩体局部化现象,基于轴向压杆稳定实例,运用数理和力学知识,根据Drucker-Prager（简称D-P）准则,推导了基于分叉理论的通用表达式。在此基础上,结合有限差分理论得出FLAC3D计算中岩体内发生分叉的判定条件,之后在自带的FISH编译语言的辅助下,在FLAC3D中建立数值分析模型,采用D-P本构关系,研究了岩体局部化现象及其发展过程。研究结果表明：在FLAC3D中以20 000步为间隔所得的不平衡力比率模型系统逐渐趋于稳定,不平衡力比率逐渐降低,局部化现象的规模逐渐扩大至稳定,清晰度逐渐增加,证实了分叉理论能够有效地分析研究岩体局部化现象。给出的岩体局部分叉判定条件和数值验证,较为科学合理地阐述了常用分叉判定条件的由来,为解释岩体局部化现象的机制和过程提供了理论支撑,从而对岩体局部化现象研究起到了一定的推进作用。     

桂北-桂东加里东期盆地构造沉降史分析

对造山带各地史阶段的沉积盆地进行构造沉降分析,进而探讨其地球动力学过程,是近年来盆地分析的前缘研究之一。本文采用回剥分析技术,分别编绘了桂北、桂东地区加里东期盆地沉降曲线,并进行了构造沉降史分析。结果表明,桂北、桂东加里东期盆地演化均经历了从拉张裂解到挤压闭合的完整过程。但与桂东大瑶山地区相比,桂北兴安地区在裂陷阶段的沉积速率和构造沉降速率明显偏低;热沉降阶段的持续时间偏长;裂陷阶段与前陆挠曲阶段的分界拐点偏晚;前陆挠曲阶段,由构造宁静期的缓慢沉降向构造活动期的快速沉降转化的分界拐点也偏晚。这些差别这一方面说明了两地区具有不同的构造背景,另一方面也反映了华夏板块由南东逐渐地向北西扬子板块靠拢,沉积盆地相应地向西北迁移的动力学过程。     

雅鲁藏布中新生代深水沉积盆地形成和演化(Ⅲ)——喜马拉雅被动大陆边缘构造沉降分析

喜马拉雅特提斯中、新生代属印度板块北部被动大陆边缘。对充填这个被动大陆边缘的沉积物用“反剥法”(backstrippiog)进行研究,恢复了从被动大陆边缘到前陆盆地的抓降史。对分离出的盆地构造沉降曲线与McKenzie模式图版进行对比相关性分析,判断认为被动大陆边缘成熟期主要为热耗散沉降,前陆盆地时逆冲推覆动力为主要影响因素。     

用弹性圆薄板理论分析盐岩单井水溶溶腔覆岩关键层

本文系统分析了岩盐单井水溶开采的特征, 应用弹性圆薄板理论对溶腔覆岩关键层进行分析, 推导出了溶腔覆岩层下沉变形微分方程和溶腔覆岩关键层上的载荷计算式, 并对溶腔覆岩关键层受力特征进行了分析, 推导了溶腔覆岩关键层初次破断距计算式, 建立了适用于岩盐单井水溶开采溶腔覆岩关键层判别的判据式, 是对以往关键层理论研究成果的补充, 为关键层理论应用于岩盐单井水溶开采溶腔覆岩移动规律研究打下了理论基础。最后, 对岩盐单井水溶开采覆岩控制研究内容和关键层理论在其中的应用思路进行了初步探讨。     

柴达木盆地北缘中、新生代盆地性质及构造演化

运用沉降史和平衡剖面技术分别对柴北缘中、新生代盆地垂向上的升降史和水平方向上的伸缩史进行定量研究,并结合区域地质背景对研究结果进行分析。结果表明:自中生代以来,柴北缘的构造演化可分为中生代（J-K）演化阶段和新生代（E₁₊₂以来）演化阶段。中生代演化阶段（J₁-J₂）,沉降史曲线具有伸展盆地特征,平衡剖面恢复结果也以伸展为主,最大伸展率和伸展速率分别达1.9%和19.48 m/(Ma·km)。这是受柴北缘周缘地块和柴达木地块运移差异引起的拉张应力场控制,因而具有伸展盆地性质。此外,由于柴达木地块的自身旋转,3个坳陷的沉降速率、伸缩率和伸缩速率也存在差异。新生代演化阶段（E₁₊₂以来）,沉降史曲线具有前陆盆地特征,平衡剖面恢复结果也以压缩型为主,最大压缩率和压缩速率分别为4.96%和14.09 m/(Ma·km),这是受印度板块和亚欧板块相互碰撞所引起的挤压应力场控制,因而具有前陆盆地性质。此外,受喜山运动各期的影响,各坳陷沉降速率和伸缩率均具有“幕式”渐进特点。     

一个计算因开采承压含水层地下水产生地面沉降的数学模型

借用地下水动力学中贮水系数的概念,建立了一套利用贮水系数计算因过量开采地下水而产生的地面沉降量的方法,并利用唐山沿海地区地下水长期观测资料对这一地区因地下水位持续下降产生的地面沉降进行了估算。     

黄骅坳陷新生代沉降中心迁移:数值模拟证据

在详细调研前人成果的基础上,参考最新的地震解释资料,绘制了黄骅坳陷新生代各期地层古厚度图,并由此重建了黄骅坳陷古地貌形态,认为黄骅坳陷新生代沉降中心具有由南向北再转向东迁移的特点。通过对该区域新生代构造沉降演化进行数值模拟实验,认为造成这一迁移的主要机理在于在欧亚大陆与印度板块碰撞及伊佐奈崎板块和菲律宾板块向西俯冲于欧亚板块之下的综合应力作用下,黄骅坳陷两条控盆边界断层先后开始活动.首先在沧东断层弯曲的应力集中部位产生裂陷,后羊二庄等兰聊断裂延伸端也开始活动,使得沉降中心沿沧东断层向北迁移,由于受到新港潜山构造带影响,古近纪末期开始转向东部海域迁移,新近纪时迁移至现今最大沉降中心歧口凹陷。     

基于弹性薄板的不规则采动地表沉陷预计模型

文章借助弹性薄板理论,建立地表沉陷变形的预计模型,并给出任意点地表变形的预计表达式。针对地下开挖空间形状的不规则性,推导出了水平空间、倾斜面空间以及不规则开挖空间：椭圆抛物面空间、二次柱面空间以及二次曲面空间地表沉陷的预计公式。本文的研究结果对该类开采沉陷问题的研究具有一定指导意义。     

工程环境效应引起上海地面沉降预测

地面沉降是目前常见的地质灾害之一,其长期的积累给城市带来巨大的经济损失,成为制约城市发展的主要因素。进入20世纪90年代以来,工程环境效应诱发的沉降已经成为上海地面沉降的新趋势,对于外荷载引起的地面沉降过程而言,影响因素较多,既无法用明确的数学关系式表达,又非黑箱那样内部结构、参数和特征一无所知,因此可将灰色预测理论应用于地面沉降的预测。针对监测和观测时间的非等时性,本文应用非等时距灰色理论模型对上海陆家嘴地区某高层建筑的沉降进行预测,并和实际监测沉降量进行了比较;对室内模型试验进行沉降预测,并和实验观测数据以及自适应神经网络系统(ANFIS)预测结果进行了比较。研究发现,对于工程环境效应引起的地面沉降,应用非等时距灰色理论模型进行沉降预测是可行、精确的。     

采空区岩层移动的动态过程与可视化研究

矿山开采引起上覆岩层的移动是一个复杂的动态过程。在岩层的移动和变形过程中岩体具有流变性质，同时岩层的层状组合结构在运动过程中存在时间和空间上的差异。根据流变力学理论和薄板弯曲理论研究了岩层和地表移动的时间、空间过程，推导出考虑时间因数的地表下沉基本公式和获得岩层与地表下沉时间系数的公式。并基于MATLAB软件强大的数学计算和图形功能，开发了相应的模拟地表沉陷动态过程的可视化程序，对某开采煤矿的地表沉陷动态过程进行预测。其预测结果与该矿长期的实际观测资料基本一致，从而为地表沉陷的动态过程预测提供了新的方法。