主溜井冲击损伤机制分析及实测验证

为准确判断溜井受矿石冲击的损伤情况,基于影响溜井的损伤因素,构建了溜井受矿石冲击的损伤理论模型,并据此运用MATLAB计算获得矿石对溜井冲击的冲量分布。采用MADIS-FLAC3D数据耦合技术建立溜井冲击损伤数值模型,揭示了溜井冲击损伤的分布规律。综合运用空区激光探测系统（CMS）和大型矿床三维软件SURPAC,实现了对溜井垮塌三维信息的准确获取及可视化,并对所建立模型的计算分析结果进行了验证。结果表明：（1）根据溜井冲击损伤模型计算得到溜井受冲击的范围标高为-265.83～-292.28 m,冲量在此区间呈现先增大后减小的规律,在标高为-272.88 m处达到最大,为13.52 kN?S;（2）通过数值模型分析得到溜井受矿石冲击一侧在标高为-264.12～-294.88 m区间段发生了位移变化,并在相应区间段形成一定范围的塑性区,说明矿石冲击破坏了此处溜井围岩的稳定性;（3）数值分析得出的最大位移监测值出现的位置与探测模型垮塌区域的最大断面标高一致,实际探测获得的溜井垮塌最严重区域形态与数值模拟确定的塑性区相吻合。     

淤泥冲击挤压作用下软基土石坝动力响应分析

以江西城门山铜矿城门湖区软基土石坝为研究对象,基于淤泥流动过程中的冲击力特性,采用FLAC3D程序模拟和分析了淤泥冲击挤压作用下软基土石坝的水平速率、水平位移和剪应变等动态响应。研究结果表明：（1）坝体速率变化规律与冲击挤压作用周期基本一致。坝体监测点速率大小及发生运动的区域均随时间增加而增大。约在0.3 s（1/2周期）时,速率达到最大值;而约在0.45 s（3/4周期）时,发生运动的区域达到最大;之后随着冲击荷载的衰减坝体质点逐渐趋于静止。（2）淤泥冲击挤压作用下坝体发生了永久位移,平均位移值约30 mm,可看作坝身整体向下游侧移动了30 mm。（3）坝体内形成了一条明显的剪应变增量贯通带,发生区域位于上层软土坝基内,表明坝体最可能沿此位置发生整体滑动失稳破坏。     

落石冲击混凝土板与缓冲层组合结构的动力响应

钢筋混凝土（RC）板与一定厚度的土颗粒缓冲层组合结构被广泛用于山区高位单体及群发性崩塌落石的防治,为研究此类防护结构在落石作用下的冲击力衰减规律及RC板的破坏模式,开展了室外系列落石冲击试验。结果表明,增大缓冲层厚度能够有效减小最大冲击力,峰值加速度随缓冲层厚度减小而增大,尤其在缓冲层厚度为0.1 m及0.2 m时,最大值急剧增大,峰值加速度与缓冲层厚度的变化满足指数函数关系;根据量纲分析原理得到缓冲层最大冲击深度与动能的平方成正比、与最大入射冲击力成反比的计算公式,且与实测值较吻合;入射冲击力在缓冲层内的衰减率随缓冲层厚度的增加以指数函数递增,在0.6 m缓冲层厚度下可使峰值冲击力衰减70%左右;随累积冲击能级的增大,RC板经历了弯曲起裂及扩展、次级弯曲裂纹和剪裂纹产生及跨中弯曲裂纹贯通的过程,试验结束时RC板整体表现出典型的弯曲破坏特征。     

落石冲击混凝土棚洞力学特性研究

落石冲击棚洞结构作用过程复杂,缺乏统一的落石冲击力表达式。首先,将落石简化为刚性球体,基于Hertz接触理论,推导得到落石冲击力半正弦算法的理论表达式,考虑落石冲击下棚洞的非弹性特征,根据落石与材料碰撞过程中落石加速度曲线特征,采用函数拟合法推导得到落石法向冲击下其冲击力的理论计算方法;然后,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立落石冲击棚洞数值计算模型,研究不同冲击速度下落石冲击棚洞动力特征;最后,与现存常见的多种方法进行对比,得出以下结论：Hertz半正弦法得到的落石冲击力远大于函数拟合法和数值法,而函数拟合法和数值法得到的落石冲击力时程曲线相接近,表明函数拟合法更能反映落石与棚洞接触碰撞动力关系;对比其他计算方法可以得到,Hertz算法适用于分析无能量损失下的弹性碰撞问题,而Logistic算法适用于材料大塑性变形的情况,弹塑性接触理论结果和动力有限元结果存在差异,而采用函数拟合推导的计算方法得到的落石最大冲击力和落石冲击作用时间与动力有限元法更接近,更能反映落石冲击棚洞动力响应特征,推导的落石冲击力计算方法可为工程实践中棚洞防护设计提供理论参考。     

深层碳酸盐岩储层溶洞围岩应力分布研究

以冀中凹陷任北奥陶系碳酸盐岩储层为例,基于油田测井资料及岩石力学实验确定了研究区岩石力学参数,对目标储层典型的长椭圆形孤立落水溶洞围岩应力进行了数值模拟,并根据第三强度理论研究了围岩破坏情况。研究结果表明,（1）溶洞在上覆岩层压力和侧向压力的共同作用下,长椭圆形溶洞围岩的应力集中效应带为9倍的半径范围;（2）长椭圆形溶洞围岩应力以压应力为主,主要集中分布在洞顶和洞底;（3）溶洞填充性对其围岩主应力差及破坏范围影响很大。当填充压力小于0.1 MPa时,溶洞围岩主应力差及破坏区域范围随填充压力的增大而增大;而当填充压力大于0.1 MPa时,溶洞围岩主应力差及破坏区域范围随填充压力的增大均呈减小的趋势。      

水下岩质边坡稳定性的模型试验研究

随着三峡水利建设工程的进行,许多原本位于水面以上且已趋于稳定的人工或自然岩质边坡将被淹没,导致边坡稳定性降低,而水的压力、冲击、渗流和侵蚀等综合作用,给下岩质边坡的稳定性带来大量的不确定性。基于已有的水下土质边坡稳定性试验和水下岩质边坡有限元分析,进行水下岩质边坡模型试验研究,探讨在水位升降水过程中和波浪作用下水下岩质边坡的稳定性和破坏机制。将结构面为30°和50°的两种岩质边坡模型布置在人工水槽中,采用波流系统进行水位升降水波浪冲击试验,量测岩质边坡的应力变化。通过分析边坡各测点应力变化,得出了一些有意义的结论：（1）把边坡前部岩体划分成3个区域,每个区域内应力变化规律相同;（2）水下岩质边坡坡脚处应力集中最大,破坏始于坡脚,并由此产生的塑性区沿结构面逐渐同坡顶发展,这与一般边坡从坡顶逐渐向下发展的开裂破坏形式完全不同;（3）波浪对水下岩质边坡结构面的影响,将随其倾角的变小而减弱。     

采动影响下金川二矿区14行风井变形破坏机制探讨*

摘 要 竖井作为井下开采矿山的咽喉工程,在矿山的安全生产中起着举足轻重的作用。金川二矿区14行主力回风井位于矿体下盘,井深715.5m,穿过的工程围岩有超基性岩、花岗岩、大理岩、辉绿岩等以及F207断层。该风井于1999年10月开工下掘, 2002年投入使用,2005年3月突然跨塌。本文根据现场调查和数值模拟,分析了风井变形破坏的特征和机制。发现主要有井壁错动开裂、片冒、冒落物冲击井壁等几种破坏形式,并得出在采动影响下最易在以下几个位置发生破坏:①井筒上部（0～200m）,易出现拉裂破坏和围岩整体剪切滑动;②F207断层及其上下接触部位（200～220m）,井筒很有可能在此处发生上下错动,从而导致剪切破坏;③井筒中部（360～460m）,受采动影响较大,可能发生鼓肚子破坏;④井筒下部F16断层影响带（井底以上50m）,岩体在采动影响下将发生松动,从而导致在结构面穿插部位可能发生冒落。     

基于弹塑性修正Hertz接触理论的落石冲击力计算方法

本文以弹塑性修正的Hertz接触理论为基础,考虑落石冲击缓冲层过程的复杂性和缓冲层厚度的影响,结合路基规范方法的落石冲击深度公式,得出落石最大冲击力计算方法。以日本道路公团方法计算结果上浮40%为基准值,引入参数影响系数ζ,拟合出参数影响系数ζ多项式函数,采用S.Kawahara等教授的试验结果,对杨其新方法进行修正,拟合出其高值(h=0.5m)与低值(h=3.0m)比值的多项式函数。本文方法与陈氏方法进行比较得知:陈氏方法的最大冲击力低值稍高于本文方法,其范围为1.05～1.02(H=5～30m)。运用布西涅斯克解,推导出了落石冲击荷载作用于拦石墙背部的附加应力计算公式,为拦石墙构筑物的结构设计打下了理论基础。     

基于离心模型试验的软基路堤基底压力和垫层筋带拉力分析

为掌握垫层结构性能对基底压力和垫层筋带拉力的影响,设计了3种不同垫层结构的软土地基路堤离心模型试验,测试了在路堤荷载作用下的基底压力和垫层筋带拉力等数据。试验数据及分析表明,（1）随垫层结构性增强,路堤中心处的基底压力逐渐减小,路基面范围的基底压力分布由“中大边小”的凸型曲线逐渐变为“中小边大”的凹型曲线;（2）随垫层结构性的降低垫层筋带拉力减小,路堤土体也由静止稳定状态变为主动极限状态;（3）随路堤荷载增加,地基土体状态由弹性进入弹塑性直至塑性屈服,垫层筋带拉力的分布也逐渐由双峰的马鞍型向单峰的抛物线型转变。     

特厚表土层钢板混凝土复合井壁竖向承载力试验研究

通过模型试验和理论分析,对特厚表土层双层钢板高强混凝土复合井壁的竖向受力特性进行了研究。首先,根据相似理论,进行了双层钢板高强混凝土复合井壁结构的模型设计和试件加工;然后,通过加载试验,得到了井壁结构在竖向荷载和侧压共同作用下的竖向应力、变形和强度特性。结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用,井壁结构中的混凝土完全处于三向受压应力状态下,其抗压强度提高了1.73～1.92倍,且井壁破坏时混凝土的竖向极限压应变达到-3.9×10-3,表现出较好的延性特性。通过钢板与混凝土的相互约束,改善了各自的力学特性,使井壁竖向承载力显著提高,远比钢板筒和中间混凝土层的竖向极限承载力之和大,并根据理论分析和试验结果推导出了井壁竖向承载力的计算公式,对理论研究和工程应用具有一定的参考价值。     

Modelling dynamic breakage in rock blocks with different elongation and flatness ratios upon impact

The two crucial shape factors (elongation ratio and flatness ratio) of brittle particles may influence the dynamic breakage of brittle particles upon impact. Hence, three-dimensional discrete element method simulations of brittle rock blocks with different shapes upon normal impact were performed. The simulated results indicate that the elongation ratio, that is, ratio of width to length and flatness ratio, that is, ratio of thickness to width can significantly affect the breakage of brittle rock blocks. Three fracture mechanisms, that is, fragmentation, horizontal tensile fracture and vertical tensile fracture, were revealed, which determine the dynamic breakage of rock blocks. The fragmentation results in numerous single-sphered fragments with velocities even larger than 2 times of the initial velocities. Fragmentation can provide a buffering effect at high impact velocities of larger than 4 m/s. With an increasing elongation ratio or flatness ratio, the phenomenon of fragmentation gradually disappears. The reflection of a compression stress wave results in horizontal tensile fracture. The expansion in the plane perpendicular to the impact velocity results in vertical tensile fracture.     

广西灌阳方解石矿矿山地质环境影响评估及治理恢复措施

在了解矿山基本情况基础上,结合野外实地调查和地质条件,从采矿活动引发的地质灾害、地下含水层破坏、地形地貌景观和土地资源的破坏等4个方面进行矿山地质环境影响评估。根据综合评估的结果,针对性地提出矿山地质环境治理恢复措施,有效避免和减少因矿山开采产生的地质灾害,恢复开采造成的地质环境破坏,维护矿区的生产生活及人身安全,为促进矿业经济的可持续发展提供科学依据。     

滑坡-碎屑流冲击导引结构的离散元模拟

滑坡碎屑流对拦挡结构的直接冲击常产生较高的峰值冲击力和冲击能量,导致结构发生破坏而失效;而导引结构通过改变碎屑流的运动路径,可减缓其冲击效应,提高结构抗冲击能力。文章运用三维离散元模拟软件,结合室内休止角试验的结果,校准数值模拟参数,以三种不同导引结构(凹型圆弧、直线型、凸型圆弧)为变量进行数值模拟分析。研究结果表明:凹型圆弧结构B1可以有效地将碎屑流颗粒的冲击力进行转化,结构所受的法向力最小,切向力最大,对颗粒的导引作用最大。经过三种不同导引结构后,颗粒与滑槽之间的碰撞和摩擦是导致颗粒动能减小的主要原因;而三种不同导引结构对颗粒动能的耗散效果无显著差异。导引结构的作用对于颗粒堆积体积分布有显著的影响,主要影响区是靠近坡脚处,对导引结构之后的堆积区域的颗粒体积分布影响不显著。通过对冲击效应和堆积特性的研究,得到凹型圆弧结构形式最优,可以为碎屑流的防护工程抗冲击设计提供参考。     

泥石流浆体与大颗粒冲击力特征的试验研究

开展了密度为1 400～2 200 kg/m3的泥石流浆体、浆体与大颗粒混合流体的冲击力试验,获取了流速为2.8～4.9 m/s条件下31组冲击力试验数据。采用小波分析方法有效地去除了冲击力数据中的噪声信号,依据离散傅里叶变换（FFT）为基础的频谱分析结果,将低频泥石流浆体冲击和高频大颗粒冲击的临界频率值界定为2 Hz,实现了浆体和大颗粒冲击信号的分离。目前水动力学公式中待定系数α缺乏统一的确定方法,以不同地区157组泥石流观测和试验数据为基础,建立了待定系数?与流体Fr数的幂函数关系,形成可表征不同流态,且弱化尺度效应的浆体动压力计算公式。与泥石流浆体平滑信号相比,大颗粒冲击压力具有一定随机性。泥石流大颗粒冲击次数与频率随大颗粒的质量比增加而增大,其质量比从0.05增至0.21时,冲击总次数从1 305次增至2 838次,冲击频率从82次/s增至195次/s,且龙头段大颗粒的冲击频率高于后续泥石流体。测得大颗粒的压力约为60 kPa,是相同密度和流速下浆体动压力的3倍。随着大颗粒比例的增加,上部1#和2#传感器测得大颗粒冲击频率增加量明显高于下部3#～6#。说明随着流体中大颗粒比例上升,颗粒物质多集中于泥石流上部或表层运动,也佐证了泥石流运动中大颗粒多集中在龙头顶部的认识。对大颗粒和浆体冲击规律的分析可为固液两相流运动机制研究和防治工程设计以及承灾体易损性定量评估提供合理参数。     

隧道仰坡落石冲击模型试验研究与机制探讨

以在建的成都－兰州（成兰）铁路某隧道出口仰坡为研究对象,研发了大型落石冲击边坡模型试验系统,该系统由模型试验台架、落石三维空间释放装置、高速摄影系统等组成,结构强度高并能满足试验过程的可视化需求。根据现场岩样实测物理力学参数,采用凡士林、硅油、水泥、细沙、重晶石粉、石膏以及滑石粉等原料,研制出现场千枚岩和砂岩的相似材料,并用于模拟边坡和落石。通过开展物理模型试验研究了近长方体落石初始滑移角度、形状、质量等3种因素对碰撞恢复系数这一落石运动轨迹模拟中关键参数的影响,同时在落石下落冲击的过程中,利用高速摄影仪和坐标卡尺记录落石完整的运动轨迹,后期通过视频处理软件分析落石与边坡碰撞前后的速度变化,根据公式计算出落石法向和切向的碰撞恢复系数。试验结果表明：随着初始滑移角度的增加,板状试件的法向、切向恢复系数分别呈减小和增大的趋势,且切向恢复系数变化更加明显;落石法向恢复系数随质量的增加呈明显减小的趋势,而切向恢复系数值变化不大;对于近长方体落石,立方体试件的法向和切向恢复系数大于厚板状试件,条形试件的两向恢复系数值受碰撞接触形态的影响,呈现两极化的趋势。最后,结合试验现象以及前人的研究成果对落石运动冲击机制进行了初步探讨。     

打通一煤矿西区开采对地表影响程度研究

从分析矿井西区的地形地貌、地质构造、地层、水文地质条件和开采技术条件入手,对W2701工作面开采后的地表裂缝、地表水体和地面塌陷进行了调查,推算煤层开采后的冒落带和裂隙带的高度分别为40．90m和140．22m,而该区煤层埋深为450-600m,说明在正常开采下,不会对地表产生影响。但随着开采强度的增大,煤系地层上覆岩层中一些未探明隐伏裂隙的存在,可能会间接影响到地表。据此提出了设立岩移观测站、建立预警系统、留设安全煤柱等预防措施。     

断层面摩擦强度对工作面开采影响数值模拟分析

断层面摩擦强度是评价煤炭开采中应力扰动诱发断层滑动危险性的依据。依托晋城矿区成庄井田,采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了断层面摩擦强度对深部地应力的约束机制,研究了成庄井田F13断层及其在不同摩擦强度条件下对回采工作面顶板稳定性、超前支承压力分布和断层滑动的影响规律。研究结果表明:地壳深部最大与最小主应力比值受断层面摩擦强度的限制,当其达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;断层破碎带的存在导致初始应力场扰动,形成断层带低应力区及高应力集中区,在回采过程中将直接影响煤层顶板移动变形和采动应力分布;断层面摩擦强度较小时,工作面开采至断层附近顶板下沉量及断层上下盘错动位移较大,支承压力峰值由大变小明显,断层面上剪应力与正应力的比值易达到断层面的摩擦系数,断层滑动的危险性较大。      

湖北省锰矿地质特征及找矿方向

湖北省是我国锰矿资源的主要产地之一,锰矿的成锰时间分布、空间分布具有较明显的规律。文章在现有勘查成果的基础上,结合前人工作成果,系统总结了湖北省锰矿的一般地质特征、分布规律及各时代锰矿的时空分布特征,分析了资源潜力并划定了成锰远景区,以期能够为湖北省锰矿资源的进一步勘查提供参考。