煤层底板承压水导升带影响因素正交模拟试验

承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明:煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。      

鄂西清江偏山滑坡群易滑地层特性

二叠系大隆组和三叠系大冶组是清江流域碳酸盐岩区的易滑地层,清江中游的偏山滑坡群即为典型实例,夹泥的大冶组泥灰岩及大隆组顶部泥岩形成了滑体下部与滑带。通过现场调查、取样和室内测试,对两者的矿物和化学成分、力学性质等进行了研究分析。结果表明:大隆组顶部泥岩含胀缩性明显的蒙脱石,黏土矿物总含量为40%～75%,泥岩泥化后强度明显降低且表现出典型蠕变特性,通过流变实验得到其长期强度指标黏聚力为23kPa,摩擦角18.1; 大冶组下部泥灰岩含泥量较高,层间黏土矿物主要为伊利石和绿泥石,层面水平,顺层错动导致泥灰岩表面磨蚀及层间黏土矿物定向排列,特别是浸水后结构面强度降低明显形成易滑面加剧滑坡体的变形; 滑坡演化与清江发育之间具有相互促进作用,类似地质结构和水往复作用地带岸坡需特别重视。     

水-应力作用下软岩破坏面倾角的概率分析

破坏面倾角,即破裂面与最大主应力夹角,是进行岩体工程加固设计的重要依据,也是工程安全预警的基础。岩体赋存于自然环境中,其破坏面倾角受应力、结构面和水等条件的影响,这样,使得水-应力作用下其破坏面的倾角本身带有一定的不确定性,特别是对于软弱岩体。通常用Mohr-coulomb强度准则得到的破坏面倾角为45°+φ/2,是一个定值;实际上岩石破坏面倾角非定值,而是存在一个范围。因而有必要研究在水-应力作用下岩石破坏面倾角问题。本文针对华南红层典型软岩-粉砂质泥岩在水-应力作用下的破坏问题,首先从概率分析角度,利用岩石微裂隙的破坏概率分布函数,得到软岩破坏面倾角表达式;并利用TAW-100水-应力耦合岩石细观力学伺服三轴试验系统开展软岩在水同时作为赋存环境和围压时的三轴压缩试验,得到其在0和1MPa围压时破坏面倾角范围为50.3°~80.2°;将该破坏面倾角和Mohr-Coulomb强度准则得到的破坏面倾角值与实验结果进行对比,发现本文所建立的破坏概率方法与实验结果更为接近,表明本文方法有较好的合理可靠性。     

坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化

基于金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现进尺效率低的现象,将SiC磨粒作为胎体耐磨损性弱化颗粒添加至胎体中,采用室内钻进及正交试验设计法从金刚石粒度、金刚石浓度、胎体耐磨损性弱化颗粒浓度、胎体硬度4方面对钻头性能进行优化,并探讨了钻进工艺参数对钻进效率的影响。结果表明:将适当材质的胎体耐磨损性弱化颗粒添加至钻头胎体中,能够有效提高钻头的钻进效率,避免钻头打滑的现象;胎体硬度HRC 25,金刚石粒度40/50目、金刚石体积分数55%,胎体弱化颗粒体积分数30%是本次试验最优的设计方案;在相同主轴转速条件下,轴向压力不宜超过3.5 MPa,在相同轴向压力的条件下,其主轴转速以750~850 r/min为宜。      

低电压偶极地电提取装置在广西昭平古袍金矿区试验效果

通过在广西昭平古袍金矿区已知矿体上方进行的低电压偶极地电提取装置地电提取试验研究,显示阴极提取和阳极提取在已知矿体上方都获取到了清晰的地电提取异常。在矿头位置,阳极提取量比阴极提取量要大,而在矿体隐伏端,阴极的异常特别明显。阳极与阴极提取量之间几乎没有相关性。将阴离子与阳离子累加能更加清晰地指示出矿体的位置。说明地电提取测量法在广西大瑶山古袍金矿区寻找隐伏金矿是可行的,并且用偶极地电提取装置寻找隐伏金矿效果会更好。     

不同近岸河床组成情况下岸坡崩塌试验

在弯道水槽中开展6组试验,分别用非黏性土及黏性土填筑河床,研究相同水力作用下近岸河床组成对黏性岸坡崩塌的影响规律。研究发现,在试验给定的岸坡及河床组成情况下,非黏性河床凹冲凸淤且总体表现为淤积,近岸河床及凹岸岸坡冲刷强度大,凸岸附近床面上泥沙掺混较明显;黏性河床及凹岸岸坡均被冲刷,河床主流区冲刷强度比近岸河床及凹岸岸坡大。相较于黏性河床,非黏性河床近凹岸处较易冲刷,水流结构重新调整,凹岸坡脚处水流流速及紊动能可增至2倍左右,环流强度可增至11倍,加速了岸坡崩塌及崩塌体的分解输移;非黏性河床近凹岸坡脚处变形以及凹岸岸坡崩塌量均相对较大,岸坡崩塌强度为河床淤积强度的2~4倍,崩塌物质可充分补给河床的泥沙来源;经水力冲刷后非黏性河床组成情况下形成的河道滩槽高差相对较小,河道横断面相对宽浅。     

地震作用下含水平软弱夹层斜坡动力响应特性研究

基于相似性理论,设计并完成了2个含不同厚度水平软弱夹层的岩质斜坡。试验模型高度、长度、宽度分别为1.80、1.65、1.50 m,坡角约60°,软弱夹层厚分别为3、15 cm。输入不同类型、激励方向、频率和振幅的地震波,利用大型振动台试验中传感器记录的数据和正交试验,研究了斜坡的加速度响应特征及其影响因素。试验结果表明:斜坡动力加速度放大系数分布存在明显的坡内高程效应和坡面的非线性趋表效应。斜坡水平向坡面放大系数随斜坡高程增加呈波动性增大,薄夹层斜坡中、上部表现更为明显。竖直向坡面放大系数因软弱夹层厚度而异,薄夹层斜坡局部减小后增大,最大放大值出现在坡肩位置,而厚夹层斜坡最大放大值出现在软弱夹层底部。同等强度地震力激励下,坡内竖直向放大系数不及水平向,约为0.75倍。坡面上,水平和竖直向放大系数的相对大小与高程有关。软弱夹层以下,竖向放大系数大于水平向,夹层以上则相反。软弱夹层对斜坡动力响应的影响也因激励方向不同而有所区别,对水平向动力响应有一定的放大作用,而对竖直向动力响应则是吸收减弱。斜坡动力响应所选因素的影响大小顺序依次为斜坡高程、坡体位置、软弱夹层厚度、激励振幅、加载波形、激励方向,其中斜坡高程、坡体位置以及软弱夹层厚度对斜坡动力响应具有显著性影响。     

月壤水平开挖推剪阻力影响因素离散元数值分析

通过引入考虑范德华力和抗转动作用的月壤微观接触模型,采用离散单元法模拟月壤水平推剪试验(简化的土-开挖设备间相互作用模型),对月壤推剪破坏机制进行研究,分析了推剪深度、倾角和速率的影响,为真实月面环境下开挖提供参考。结果表明:推剪过程中推剪阻力首先随推剪位移增加至峰值,而后下降并趋于稳定;随推剪位移的进一步发展,推墙前方土体堆积,推剪阻力缓慢回升,推墙前土体受扰动区范围逐渐增大;当推剪面竖直时,随着推剪深度增加,推剪阻力和能量消耗增大,前方受扰动土体范围增大,破坏面为直平面;相同推剪深度下,推剪倾角越大,推剪阻力和能量消耗越小,前方扰动土体范围越小,破坏面为直平面;推剪速率越大,推剪阻力和能量消耗增大,前方扰动土体范围越大。由于月面开挖时推剪反力由机械与月面摩擦提供,考虑到开挖机械重量受空间运输能力限制,建议采用对推力(机械重量)要求低的浅层、倾斜、慢速开挖,适用于月面早期建设活动。     

土体三轴试验固结过程解析解

三轴试验是获取土体强度和应力变形特性的一个重要室内试验手段。三轴试验中,排水固结阶段试样的孔压消散及固结完成情况是非常重要的两个核心要素,它是进行后续剪切试验的基础和依据。基于等应变假设,推导了土体三轴剪切试验排水固结过程的解析解,以用于分析整个排水固结过程的孔压消散和固结完成程度。针对室内三轴固结排水(CD)试验,利用所推导的解析解对其排水固结过程的孔压和固结度进行了验算对比。结果表明,解析解计算得到的固结度和孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好,说明解析解可应用于三轴剪切试验排水固结过程分析。     

钻孔压水试验水压式栓塞排水泄压问题研究

压水试验水压式栓塞较其他类型栓塞可靠、灵活,但一直存在试验结束后排水泄压难题,使该类型栓塞使用局限于浅孔及地下水位高的钻孔。本文对该问题进行了研究,提出了解决方案,设计了新型水压式栓塞结构。解决了一直以来水压式栓塞的排水泄压难题,突破了试验孔深限制,使水压式栓塞能得到广泛应用。介绍了该新型水压式栓塞的结构和工作原理以及工程应用效果。