偏压连拱隧道优化施工的研究

针对多数连拱隧道修建中存在浅埋地形偏压结构受力状况,结合金丽温高速公路二期工程20多座隧道实际情况,选取有一定代表性浅埋地形偏压覆土厚度,对不同坡度1：1～1：1.5情况下（Ⅱ类取7种、Ⅲ类取3种）偏压连拱隧道结构受力及围岩屈服破坏等进行了施工步骤优化研究。结果表明,一般情况下,连拱隧道施工存在两种偏压效应：一种是因地形偏压引起,称之为“地形偏压”;而另一种则因连拱隧道的分部施工所引起,称之为“施工偏压”。这两种偏压有明确作用方向,产生结果也不相同。对连拱隧道左右洞,按“先外后里”工序施工,能够利用“施工偏压”来部分程度地“抵消”因地形偏压产生的结构偏压受力的不利情况。因此,采用“先外后里”工序施工,实为浅埋偏压情况下连拱隧道最优施工工序。     

深部坑道围岩压力与变形分析

随着地下空间开发不断向深部发展,出现了用连续介质理论无法解释的现象。以普氏理论为突破口,通过实例分析,从定量的角度出发,找出了普氏压力计算存在的不足,而采用强度理论得出的结果符合实际的物理力学理论。同时也指出,在连续介质理论框架内该强度理论也有其不足,主要在于没有考虑“隐形”区域,暗示为了更精确地描述岩石压力,必须采用新途径。     

杭州湾浅层储气砂土的持水特征曲线试验研究

利用GDS三轴系统4D应力路径模块,进行了不同围压下含浅层生物气非饱和砂土的持水特征试验。分析不同围压对持水特征曲线形态的影响。结果表明,随着围压的施加与增大,非饱和砂土持水能力逐渐减弱。应用所得持水特征曲线进行含浅层气砂土中气藏压力状态的分析预测,结果表明,使用无围压下持水特征曲线进行预测是偏于安全的     

孔隙裂隙双重介质的三维逾渗数值模拟研究

基于三维孔隙介质的逾渗模型,首次把裂隙这一重要的渗透通道引入到三维逾渗研究中,提出了孔隙裂隙三维逾渗的研究方法,并建立了孔隙裂隙双重介质三维逾渗模型,这一模型的建立使得逾渗理论的研究成果可以被应用到更多的领域中,如煤体、岩体等。基于VC++6.0开发了孔隙裂隙双重介质三维逾渗模拟软件,模拟研究了双重介质的逾渗规律,模拟研究表明：裂隙的存在在很大程度上提高了介质的逾渗概率,使孔隙裂隙双重介质的逾渗规律明显不同于孔隙介质;随孔隙率、裂隙分形维数、裂隙数量分布初值由小到大逐渐增长,必然发生逾渗转变的自然现象。     

地下水环境平衡的理念在高水压隧道设计中的应用

将维持地下水环境平衡的设计理念应用于高水压隧道的设计中。对设计中防排水参数和抗水压衬砌计算方法进行了探讨。以梨树湾隧道为实例介绍了具体设计方法。该隧道施工结果表明：应用地下水环境平衡的理念设计高水压隧道,对于保护环境、降低隧道造价、加快施工速度都是合理、安全和有效的。     

条形荷载下挡土墙主动土压力计算

考虑条形荷载对滑裂面倾角的影响,改进了库仑土压力理论的极限平衡方法,对条形荷载下的主动土压力进行研究,得到了条形荷载全部作用于土楔体上和被滑裂面截断两种情况下的土压力理论公式。当荷载为0时,该公式可退化到库仑理论。分析表明,在条形荷载被滑裂面截断时,主动滑裂面的倾角不仅与土体内摩擦角、墙土摩擦角、地面倾角等因素有关,而且还与条形荷载的大小和荷载离开墙背的距离有关,土压力系数K随荷载离墙顶水平距离的增大而减小,随荷载的增大而增大。     

低渗透油藏注采井间压力分布与流态响应研究

利用非线性数学模型,能够全程描述低渗透油藏的非线性流动规律,从理论上给出了低渗透油藏中流态分布的计算方法,分析了注采压差、注采井距和地层渗透率对流态分布的影响,指出了流体在低渗透油藏中以特低速度流动时压力分布的特点,纠正了前人在这个问题上的认识失误。实际岩芯的渗流试验检验了理论的正确性。     

Orinoco地层油的开发特征及组分研究

Orinoco地层油具有较高的气油比和沥青质含量,在模拟油藏开发状况时,使用油罐油和天然气配制的模拟油。利用大直径长岩心模型进行压力衰竭实验,得到Orinoco地层油的流动特点及模拟开发效果。结果显示：(1)高于泡点压力阶段,模拟油显现弹性驱动特征,采收率很低;(2)在泡点和“拟泡点”之间的降压阶段,模拟油表现出缓慢的膨胀性能,采收率近似线性增加,斜率接近1,此时具有最大的开采效益;(3)低于拟泡点压力阶段,产气量增大,采收率增加缓慢。实验测定了Orinoco地层油的详细组分,并以此为依据配制模拟油。对模拟油PVT性质进行分析,结论是：气油比和少量的轻质组分对相对体积的影响很小,沥青等重质组分对气体保持稳定状态起主要作用;脱气状态的地层油在60 ℃时粘度仍高达6 194 mPa·s,而较高的气油比使地层油粘度陡降,特别在压力降低至泡点压力后,仍存在一个粘度缓慢变化的阶段,显示了Orinoco地层油的独特之处。     

垃圾土力学性质的室内试验研究

对室内配制的不同成份的垃圾土分别进行了固结不排水和固结排水三轴压缩试验。结果表明,垃圾土的本构关系基本符合邓肯-张双曲线模型。垃圾土中有机质及土粒的含量是影响垃圾土强度参数c,φ值的重要因素。对于有机质含量较高而土粒含量较低的垃圾土,c宜取低值,φ宜取高值。给出了c,φ值的取值范围及其变化规律。随着时间的变化,c值会有所增加,而φ值会有所降低。观察到垃圾土的轴向应变超过30 %而其主应力差仍然在增长。垃圾土在固结过程中,存在滞留孔隙水压力,其渗透系数k值的变化与应力、时间、垃圾土的成分等因素有关。在固结排水三轴压缩试验的剪切过程中,孔隙水压力会随轴向应力的增加而增加,试验所得到的总应力强度参数并不就是有效应力强度参数。     

一次动压煤矿巷道预应力锚索支护设计与参数优化

针对阳泉矿区一次采场巷道,采用正交数值分析方法和灰色理论中的关联度分析,进行了支护参数的优化决策。选择了8因素3水平的正交数值试验方案,进行18次数值计算,研究了不同的一次动压条件（应力环境）和支护参数的巷道稳定性与变形特征。在计算中,考虑了围岩锚固的“强度效应”,提出了锚固效应在数值计算中的实施方案;提出了巷道稳定性和变形收敛率两类评价准则,确定了相应的局部优化方案。在此基础上,综合支护成本和施工难易程度等因素,采用了灰色理论进行最佳方案的关联度分析,由此获得一次动压巷道的最优支护方案。该研究已应用于阳泉矿区一次采场巷道支护设计,取得了较满意的支护效果。