【摘 要】
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将岩爆等级评估方法与GIS空间数据分析方法相结合,提出基于地理信息系统(GIS)框架的深埋超长隧道岩爆等级评估方法。该方法以GIS的图元及其空间属性表征隧道洞段及其岩爆等级控制因素,依据岩爆等级判据为基本关系式,通过属性集空间分析和Python脚本执行实现岩爆等级智能评估和评估成果图形化显示。隧道工程数据由GIS空间数据库统一管理,实现超长隧道岩爆等级评估信息的高效信息查询、计算、分析和几何图形展
【机 构】
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中国科学院武汉岩土力学研究所,中国地质大学（武汉）工程学院,中铁第一勘察设计院集团有限公司
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(41877256),中国铁路总公司科技研究开发计划项目(P2018G045),陕西省科技厅自然科学基础研究计划项目(2020JQ-999)。
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将岩爆等级评估方法与GIS空间数据分析方法相结合,提出基于地理信息系统(GIS)框架的深埋超长隧道岩爆等级评估方法。该方法以GIS的图元及其空间属性表征隧道洞段及其岩爆等级控制因素,依据岩爆等级判据为基本关系式,通过属性集空间分析和Python脚本执行实现岩爆等级智能评估和评估成果图形化显示。隧道工程数据由GIS空间数据库统一管理,实现超长隧道岩爆等级评估信息的高效信息查询、计算、分析和几何图形展示,并根据工程进展实时高效地更新。研究结果表明:该方法减少了超长隧道岩爆等级评估的任务量,使得岩爆等级评
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为研究不同应力条件下深部花岗岩的强度特征、变形特性与能量演化规律,开展水力耦合条件下三轴压缩试验。研究结果表明:高应力高水压作用下深部花岗岩表现为无明显压密阶段、起裂点低、屈服阶段长、扩容点高以及应力跌落速率快与幅度大的力学特征,扩容应力、峰值应力与围压呈正相关,而残余应力则呈负相关,水压对深部花岗岩强度特性起到相反作用;随着围压增加,深部花岗岩的弹性模量和泊松比均增大,而变形参数与水压呈反比关系;在峰值应变以前,深部花岗岩耗散能占比随着轴向应变增加呈现先减后增趋势,且围压越大,同一应变水平对应的耗散能占
采用直切槽半圆盘弯曲型试件,对北京房山花岗岩样品进行静态断裂韧性和动态断裂韧性试验,获得其静态断裂韧度与动态断裂韧度的定量关系;采用不同表面形貌刻画技术,对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得岩石表面的三维重构及其粗糙度。研究结果表明:在中高应变率条件下,动态断裂韧度一般为静态断裂韧度的1.3~2.6倍,动态传播韧度为动态起裂韧度的3~4倍,静态断裂韧度的8~10倍;其静态和动态断裂都呈Ⅰ型裂纹拉伸破坏模式。同时,在静态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶断裂,穿晶断裂相对较少;而在动态韧性测试中,裂纹断
采用纳米压痕试验研究双江口地下厂房花岗岩主要矿物石英、钾长石、斜长石以及云母的细观力学特性。为研究纳米压头压入峰值荷载与力学参数之间的关系,石英、钾长石和斜长石纳米压痕试验的峰值荷载取2×10-3,3×10-3,4×10-3,5×10-3,6×10-3,7×10-3和8×10-3 N,云母的纳米压痕试验的峰值荷载取1×10-3,2×
为研究锚固岩体破坏机制,结合声发射监测技术,采用RMT-150C型试验系统开展加锚砂岩的单轴压缩试验,探讨单轴压缩下加锚砂岩声发射RA值(声发射信号上升时间与幅值的比值)特征及其对应的裂纹扩展演化和室内岩爆的联系。研究结果表明:无锚砂岩加载初期的声发射活动平静且持续时间长,加载后期声发射信号集中释放,加锚砂岩在加载初期迅速产生较高频率的声发射信号,声发射信号具有分散性释放的特点,无锚和加锚砂岩声发射振铃计数峰值和声发射能量峰值均在其外载荷接近峰值时出现;无锚砂岩和加锚砂岩最终破裂均为拉剪破坏,但无锚砂岩破
建立考虑围岩开挖损伤的高放废物处置库屏障系统的温度-渗流耦合数值模型,并验证其合理性;通过分析不同研究点的温度和饱和度演化规律,揭示温度梯度对缓冲/回填材料的饱和度演化规律的影响,同时,通过比较分析采用不同围岩初始渗透率时缓冲/回填材料中各研究点的饱和度和温度演化规律,揭示缓冲/回填材料的饱和过程对温度演化的影响;最后比较分析考虑和不考虑围岩开挖损伤时对屏障系统饱和度和温度演化规律的影响。研究结果表明:温度梯度会驱使水蒸气由高温端向低温端迁移,阻碍缓冲/回填材料的饱和过程;缓冲回填材料的饱和过程会促进屏障
煤岩组合体破坏力学行为与模型研究是深部煤炭采动力学研究的重点。在深部煤炭开采中,开采扰动下煤岩组合体整体破坏行为愈发明显。近年来,随着试验手段的逐渐改进,我国学者对煤岩组合体的变形和破坏行为展开了系统研究。本文首先介绍煤岩组合体的加载破坏力学特性,对比分析煤岩组合体与煤岩单体力学特性的差异;随后总结煤岩组合体的冲击倾向性及其影响因素,如加载速率、组合方式、煤岩高度比等;讨论煤岩组合体加载破坏过程中的声发射特征和煤岩组合体声发射分布情况,并分析其裂纹演化规律,总结基于裂纹演化的煤岩组合体峰前裂纹闭合模型、裂
采用有限元/离散元耦合数值模拟技术分析不同结构面位置条件下深部采动硬岩巷道的裂纹扩展行为、能量演化规律与应力位移分布特征,揭示张拉板裂型破坏与结构面剪切型破坏之间的互动机制。研究结果表明:开挖卸荷产生的板裂化破坏与结构面活化引起的剪切滑移破坏是诱发岩爆的重要原因;结构面与开挖边界的相对距离对巷道围岩稳定性具有显著影响,其临界相对距离(当二者之间的相对距离大于等于某一临界值时,结构面对巷道围岩破坏不产生作用)随结构面长度的增加呈现单调递增趋势;在临界相对距离内,即使结构面之间不发生层间错动和滑移,结构面的存
采用水泥-花岗岩颗粒混合浆浇筑成的类岩石试样模拟天然节理岩体。为探究循环冲击下节理表面粗糙度对节理的法向刚度与形貌的影响,采用分离式霍普金森压杆对不同节理粗糙度的类岩石试样进行冲击试验。基于一维应力波传播理论与三维形貌扫描技术分析试样的应力分布,并探究节理形貌的变化规律。研究结果表明:随着节理粗糙度系数的增加,节理法向刚度减小,在冲击荷载作用下,节理表面最大高程差增大。对于同一试样,当循环冲击次数不多且节理试样没有破坏时,节理刚度变化不明显,但节理试样破坏后,节理刚度明显降低。
为了研究红砂岩蠕变过程中的能量演化规律,进行红砂岩单轴循环加卸载试验、单轴分级蠕变试验以及蠕变后的单轴循环加卸载试验,提出一种岩石蠕变能量演化分析的新方法。研究结果表明:单轴循环加卸载试验将红砂岩内部孔隙、微裂纹等缺陷逐渐被压密后,红砂岩变为非线性伪弹性体,加载曲线与卸载曲线形成一个密闭的滞回环;红砂岩变为非线性伪弹性体后继续承受加卸载会再次产生残余变形,因此,红砂岩在单轴循环加卸载作用下的残余变形规律为较大残余变形—无残余变形—再次产生残余变形;红砂岩单轴循环加卸载产生的耗散能密度达到初次稳定时的循环次
为了研究深部采矿应力条件对硬岩矿体可截割性和采矿效率的影响,针对深部采矿过程中独头掘进掌子面、采场半岛或全岛型矿柱以及矿岩松动区内的应力环境,通过真三轴实验平台在方块花岗岩样上分别构建双轴、单轴、较低甚至无受限应力条件,开展镐型截齿破岩试验;采用悬臂式掘进机、挖掘机载铣挖头、挖掘机载高频冲击头和铲运机载高频冲击头4种机械破岩设备对松动区矿体进行破岩实验。实验结果表明:硬岩在较低的单轴受限应力下需要的破岩峰值载荷和截割功最低,具有最优的可截割性;通过开挖深部诱导工程,增加矿体的临空面数量,将双轴受限应力改变