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大流量高压气体充填教学实验系统研发与应用
1
作者 张冰 王汉鹏 +3 位作者 林春金 李梦天 王伟 赵盛男 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第11期54-57,71,共5页
为适应新工科背景下实验室建设对气固耦合模拟实验设备的性能以及智能化与安全性需求,研发了大流量高压气体充填教学实验系统。该系统包括气源模块、动力模块、气体增压模块、储气模块、真空模块、气体充填模块、采集控制模块,解决了现... 为适应新工科背景下实验室建设对气固耦合模拟实验设备的性能以及智能化与安全性需求,研发了大流量高压气体充填教学实验系统。该系统包括气源模块、动力模块、气体增压模块、储气模块、真空模块、气体充填模块、采集控制模块,解决了现有仪器在气体充填过程中存在的低温效应,可实现0~10L/s、0~5 MPa气体的恒体积流量、恒压充填,并可通过同一套软件实现整个系统的自动化控制与数据采集。最后,通过巷道掘进诱发的煤与瓦斯突出物理模拟实验验证了该系统的可靠性与精确性。 展开更多
关键词 气固耦合 模拟实验 气体充填 实验教学
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煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用
2
作者 顾大钊 曹志国 +10 位作者 李井峰 吴宝杨 张勇 蒋斌斌 郭强 王汉鹏 武洋 史小萌 王路军 杨毅 查尔晟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期100-113,共14页
煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水... 煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 地下水运移 坝体结构 冲击试验 水岩耦合
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劳动保障监察标准化现状及建议
3
作者 黄文 赵华文 +1 位作者 王汉鹏 李河 《中国标准化》 2024年第6期55-60,共6页
标准化作为人力资源和社会保障规范化建设的重要抓手,在规范管理、优质服务、加强建设等方面的作用不断显现。但是,目前标准化支撑劳动保障监察规范化、法治化、专业化的作用体现还不充分。本文深入探讨如何运用标准化的理念和方法,健... 标准化作为人力资源和社会保障规范化建设的重要抓手,在规范管理、优质服务、加强建设等方面的作用不断显现。但是,目前标准化支撑劳动保障监察规范化、法治化、专业化的作用体现还不充分。本文深入探讨如何运用标准化的理念和方法,健全劳动保障监察标准体系、促进劳动保障监察能力提升、推动劳动保障监察高质量发展,提出了有针对性、实操性的对策建议。 展开更多
关键词 劳动保障监察 标准化 现状 建议
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新型地质力学模型试验相似材料的研制 被引量：166
4
作者 王汉鹏 李术才 +2 位作者 张强勇 李勇 郭小红 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1842-1847,共6页
正确选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键。在调研相似材料研究现状的基础上,分析相似材料选择与组合的原则。借鉴前人的经验,通过大量的配比试验,研制出一种新型的相似材料铁晶砂胶结料(IBSCM),这种材料用铁精粉、重晶石粉、石... 正确选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键。在调研相似材料研究现状的基础上,分析相似材料选择与组合的原则。借鉴前人的经验,通过大量的配比试验,研制出一种新型的相似材料铁晶砂胶结料(IBSCM),这种材料用铁精粉、重晶石粉、石英砂作为骨料,松香、酒精溶液作为胶结剂,石膏作为调节剂混合而成。材料力学试验表明,新材料具有容重高、抗压强度与弹性模量低、性能稳定、易于购买,价格便宜、易干燥、易于加工堆砌以及可重复使用的特点,可模拟范围较广的岩体材料,是一种比较理想的地质力学模型相似材料。 展开更多
关键词 地质力学 相似材料 试验研究 模型试验 相似准则
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含瓦斯煤相似材料研制及其突出试验应用 被引量：61
5
作者 王汉鹏 张庆贺 +5 位作者 袁亮 薛俊华 李清川 周伟 李建明 张冰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1676-1682,共7页
采用相似物理模拟试验研究煤与瓦斯突出机制和规律是目前有效的方法,含瓦斯煤体相似材料是突出定量模拟的关键因素。研制出一种新型的含瓦斯煤体相似材料,该相似材料以一定粒径分布的煤粉为骨料,以腐植酸钠水溶液为胶结剂,混合压制成型... 采用相似物理模拟试验研究煤与瓦斯突出机制和规律是目前有效的方法,含瓦斯煤体相似材料是突出定量模拟的关键因素。研制出一种新型的含瓦斯煤体相似材料,该相似材料以一定粒径分布的煤粉为骨料,以腐植酸钠水溶液为胶结剂,混合压制成型后干燥。大量正交配比试验表明：在成型压力15 MPa下,相似材料的重度、孔隙率趋于稳定并与原煤十分接近;相似材料抗压强度高,可调范围达0.5~2.8 MPa,与胶结剂浓度近似呈线性正比关系;吸附解吸试验表明,相似材料的吸附性良好,其与原煤的吸附等温线一致;并且具有材料价格低廉、无毒副作用、配比简单、性能稳定和各物理力学参数调节方便等特点,可用来模拟不同强度原煤。采用相似材料制作的型煤开展了煤与瓦斯突出试验,成功模拟了煤与瓦斯突出现象和过程,证明该相似材料能很好地模拟具有吸附解吸特性的含瓦斯煤体。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 含瓦斯煤 相似材料 试验研制 突出
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深部岩巷分区破裂围岩稳定性控制方法及应用 被引量：17
6
作者 王汉鹏 李术才 +3 位作者 薛俊华 李建明 张庆贺 马芹永 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1957-1964,共8页
深部高地应力岩巷开挖后围岩内出现分区破裂现象,采用传统的原设计方案巷道稳定性差。根据巷道围岩变形破坏的现场监测结果,经过理论分析和支护试验,提出了"提高法向约束、锚杆增韧止裂、协调耦合支护、应力内部转移、分区充填注... 深部高地应力岩巷开挖后围岩内出现分区破裂现象,采用传统的原设计方案巷道稳定性差。根据巷道围岩变形破坏的现场监测结果,经过理论分析和支护试验,提出了"提高法向约束、锚杆增韧止裂、协调耦合支护、应力内部转移、分区充填注浆、增强围岩强度"的锚注一体化综合控制方法理念。并提出了相对应的综合支护技术,即首先采用高预紧力超强锚杆及时支护围岩,锚杆的长度和数量分别由监测结果和分区支护能量判据确定;其次采用高强锚索让压梁支护巷道顶板,实现锚杆、锚索的协调耦合支护和围岩应力内部转移;最后采用中空分段螺旋式注浆技术进行滞后加固。最后针对监测巷道采用锚注一体化综合控制方法和技术进行了支护优化设计并进行现场支护试验,监测结果表明,优化支护的巷道稳定性良好。 展开更多
关键词 深部岩巷 分区破裂围岩 稳定性 控制方法 支护技术
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地质力学模型试验新技术研究进展及工程应用 被引量：38
7
作者 王汉鹏 李术才 +1 位作者 郑学芬 朱维申 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第A01期2765-2771,共7页
介绍地质力学模型试验的研究进展,包括新型相似材料、组合式模型试验装置及应变、位移量测新技术。新型相似材料能更好地模拟工程岩体,且价格低、易干燥、可重复利用。研制的新型组合式模型试验台可自由组装、刚度大、整体稳定性好,液... 介绍地质力学模型试验的研究进展,包括新型相似材料、组合式模型试验装置及应变、位移量测新技术。新型相似材料能更好地模拟工程岩体,且价格低、易干燥、可重复利用。研制的新型组合式模型试验台可自由组装、刚度大、整体稳定性好,液压加载系统可实现自动伺服控制和梯度加载。应变测试采用先进的高速静态应变采集分析系统和光纤测试技术,模型内部位移采用研制的光栅式微型多点位移计测量,隧洞表面位移采用内卡规、摄影测量和CCD激光位移传感器测量。上述测量手段具有自动化、高精度、受干扰小的特点,可得到更精确的试验结果。最后,以工程为例说明地质力学模型试验在分岔隧道研究中的应用。 展开更多
关键词 地质力学 模型试验技术 研究进展 工程应用
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分岔隧道模型试验与数值模拟超载安全度研究 被引量：22
8
作者 王汉鹏 李术才 张强勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期2521-2526,共6页
超载试验能得到隧道的超载安全度,通过大型地质力学模型对分岔隧道进行了超载试验,模拟了分岔隧道在不同侧压系数下围岩的变形、应力分布和破坏情况。同时,应用三维数值分析软件对模拟区域进行了模拟。模型试验和数值模拟结果分析表明,... 超载试验能得到隧道的超载安全度,通过大型地质力学模型对分岔隧道进行了超载试验,模拟了分岔隧道在不同侧压系数下围岩的变形、应力分布和破坏情况。同时,应用三维数值分析软件对模拟区域进行了模拟。模型试验和数值模拟结果分析表明,随着侧压系数K的增加,分岔隧道的侧向位移增加,拱顶位移由向下变为向上;当侧压系数为K=3.5时,应力达到极限;当侧压系数K≥4.0时,位移突变,最终最大位移达到100 mm;塑性区骤增,隧道拱顶围岩开始开裂,且有块体掉落。分岔隧道的拱顶和两帮是最易破坏的区域,隧道超载安全度为3.5。 展开更多
关键词 分岔隧道 模型试验 数值模拟 超载安全度
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隧洞开挖围岩动态卸载响应特征模拟研究 被引量：8
9
作者 王汉鹏 薛俊华 +2 位作者 李建明 张庆贺 马芹永 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1481-1487,共7页
考虑隧洞瞬态开挖卸载并分析围岩的动态响应对研究其变形破坏机制非常重要。在静水压力圆形隧洞动态卸荷模型理论分析的基础上,采用FLAC3D的Fish语言开发了隧洞开挖动态卸载围岩响应模拟计算程序。验证算例模拟结果与理论结果对比,证明... 考虑隧洞瞬态开挖卸载并分析围岩的动态响应对研究其变形破坏机制非常重要。在静水压力圆形隧洞动态卸荷模型理论分析的基础上,采用FLAC3D的Fish语言开发了隧洞开挖动态卸载围岩响应模拟计算程序。验证算例模拟结果与理论结果对比,证明了程序的正确性,围岩的应力变化和体积应变增量均呈现由表及里的波浪型变化,能较好地模拟围岩的动态卸荷响应。根据Griffith强度准则计算得到的不同时刻围岩的损伤范围表明,考虑动态卸载时围岩的损伤区比采用静态分析要大。采用该程序分别模拟了不同卸载时间、卸载路径、隧洞形状、隧洞直径、地应力等条件下,隧洞动态卸载围岩的动态响应。结果表明,在卸载时间变短、先慢后快卸载路径、洞形为方形、洞径变大和地应力差值增大的条件下,隧道围岩内最大、最小主应力应力差也增大。深部隧洞采用瞬态卸载分析对于深入研究围岩变形破坏机制具有重要意义。 展开更多
关键词 隧洞开挖 瞬态卸载 动态响应 围岩特征 数值模拟
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岩石峰后注浆加固前后力学特性单轴试验研究 被引量：49
10
作者 王汉鹏 高延法 李术才 《地下空间与工程学报》 CSCD 2007年第1期27-31,39,共6页
在岩石试件单轴压缩破裂的基础上,进一步开展了峰后注浆加固试件的力学特性试验研究。分别采用水泥浆和玛丽散N加固破裂试件,试验发现分别采用玛丽散N、425#水泥进行破裂岩石注浆加固时,岩石强度比其残余强度都有显著提高,加固后岩石的... 在岩石试件单轴压缩破裂的基础上,进一步开展了峰后注浆加固试件的力学特性试验研究。分别采用水泥浆和玛丽散N加固破裂试件,试验发现分别采用玛丽散N、425#水泥进行破裂岩石注浆加固时,岩石强度比其残余强度都有显著提高,加固后岩石的变形趋于协调。同一浆液加固不同的岩石,被加固体本身的强度越高注浆加固体的强度提高越高;同样的岩石注入不同浆液,浆液的粘结强度越高注浆后的强度就越高。试验结果验证了岩石注浆加固是加固围岩非常有效的方法。 展开更多
关键词 注浆加固 单轴试验 峰后岩石 力学特性
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高速公路分岔隧道施工过程稳定性分析与监测研究 被引量：11
11
作者 王汉鹏 李术才 郑学芬 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期106-112,共7页
分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性... 分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性。计算结果表明,支护后稳定性显著增强,与现场监测结果对比一致,隧道整体稳定性较好,但是中墙产生较大的应力集中,靠近连拱段的小净距段稳定性较差;锚喷、衬砌支护对于减缓围岩应力集中程度,减少塑性区、降低位移量有明显效果。最后在保证隧道安全的基础上提出了隧道支护的优化措施。 展开更多
关键词 隧道工程 分岔隧道 数值模拟 施工过程稳定性 现场监测
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偏压分岔隧道施工过程损伤破坏分析与优化研究 被引量：9
12
作者 王汉鹏 李术才 郑学芬 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1705-1710,共6页
正在施工的沪蓉西高速公路八字岭分岔隧道属于偏压隧道,而且分岔隧道包括连拱段和小净距段,施工过程转换复杂,因此,采用正确的施工方案对于隧道的稳定性非常重要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可... 正在施工的沪蓉西高速公路八字岭分岔隧道属于偏压隧道,而且分岔隧道包括连拱段和小净距段,施工过程转换复杂,因此,采用正确的施工方案对于隧道的稳定性非常重要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤耦合模型,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM。建立了分岔隧道大型三维数值模型,采用弹塑性损伤有限元D-FEM模拟了分岔隧道不同的施工过程,通过分析施工过程中隧道围岩的位移、应力和损伤屈服区,最终确定采用左洞超前右洞32 m,左右洞同步开挖的施工方法。 展开更多
关键词 偏压 分岔隧道 施工过程优化 弹塑性损伤 有限元
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连拱隧道中墙稳定性及合理宽度研究 被引量：4
13
作者 王汉鹏 李术才 郑学芬 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期103-108,共6页
沪蓉西高速公路分岔连拱隧道中墙结构的稳定性及合理宽度确定是设计施工中的首要问题。针对连拱隧道设计采用的整体式直中墙和复合式曲中墙2种结构,建立了不同的三维数值模型,采用三维弹塑性损伤有限元分别进行了研究。分析了不同埋深... 沪蓉西高速公路分岔连拱隧道中墙结构的稳定性及合理宽度确定是设计施工中的首要问题。针对连拱隧道设计采用的整体式直中墙和复合式曲中墙2种结构,建立了不同的三维数值模型,采用三维弹塑性损伤有限元分别进行了研究。分析了不同埋深、不同中墙宽度情况下连拱隧道的稳定性及中墙变形受力情况、损伤区和屈服区分布。研究表明2种中墙内的损伤区和塑性区主要分布在中墙上部和底部,并随埋深增大和中墙宽度减小而增大,该部位是薄弱部位,应重点加固,相同条件下直中墙的受力和稳定性比曲中墙好,设计中应该优先选用直中墙。最后建立了中墙完好宽度与埋深和中墙宽度的多元线性回归预测模型,该模型可以根据埋深和中墙宽度预测中墙的完好宽度,从而确定中墙合理宽度。 展开更多
关键词 隧道工程 中墙合理宽度 弹塑性损伤有限元 连拱隧道 稳定性
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地质力学模型试验过程中关键技术研究 被引量：9
14
作者 王汉鹏 李术才 +1 位作者 张强勇 李勇 《实验科学与技术》 2006年第3期4-8,17,共6页
基于地质力学模型试验,分别从地质力学模型试验相似比尺的选择、相似材料的选择、模型的制作、模型的开挖与支护和数据的采集与分析5个部分阐述了试验过程中的关键技术问题。结合山东大学岩土中心的大型三维模型试验,重点分析了相似材... 基于地质力学模型试验,分别从地质力学模型试验相似比尺的选择、相似材料的选择、模型的制作、模型的开挖与支护和数据的采集与分析5个部分阐述了试验过程中的关键技术问题。结合山东大学岩土中心的大型三维模型试验,重点分析了相似材料的选择、模型制作过程中的注意事项,包括模型试验台的设计、测点的布置、应变片的选择与粘贴、温度补偿与连接导线、模型的堆砌和应变块的埋设。这些关键技术影响着模型试验的成败,因此模型试验过程中的关键技术的研究对于地质力学模型试验具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 地质力学 模型试验 试验过程 关键技术
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模型试验柔性均布压力加载系统研制及其应用
15
作者 王汉鹏 王琦 +2 位作者 李海燕 李为腾 张敦福 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期1945-1950,共6页
地质力学模型试验均布压力精确加载是保证试验精度的前提。为此研制了一种新型柔性均布压力加载系统,该系统主要包括液压自动控制系统和柔性均布压力加载装置。液压自动控制系统操作方便,可实现计算机自动控制12路压力精确伺服加、卸载... 地质力学模型试验均布压力精确加载是保证试验精度的前提。为此研制了一种新型柔性均布压力加载系统,该系统主要包括液压自动控制系统和柔性均布压力加载装置。液压自动控制系统操作方便,可实现计算机自动控制12路压力精确伺服加、卸载和长期稳压。柔性均布压力加载装置由液压油缸、球铰、刚性推力器和柔性传力橡胶垫块等组成,采用数值方法确定柔性橡胶的厚度为50 mm。该系统应用到表面不平的模型加载中并与刚性加载进行了对比。试验结果表明,柔性均布压力加载系统相对于刚性加载效果显著,模型内应力场均匀程度取决于橡胶传力垫块的邵氏硬度、加载应力大小和距表面深度。邵氏硬度小的橡胶柔性加载模型内应力场更均匀;且模型应力场随加载应力增大趋于均匀。模型内应力场距加载表面越远越均匀,柔性加载使距加载表面130 mm以下应力场基本保持均匀状态。试验表明,柔性均布压力加载系统有利于提高模型试验加载精度,具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 地质力学模型试验 均布压力加载 系统研制 柔性橡胶 试验应用
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隧道中墙承载模型与稳定性判据研究及其应用
16
作者 王汉鹏 郑学芬 +1 位作者 李术才 范丽 《山东大学学报（工学版）》 CAS 2008年第5期14-18,共5页
如何确定连拱隧道和小净距隧道中墙的合理宽度是隧道设计中的难题.建立了中墙承载应力与隧道跨度、中墙宽度和隧道埋深之间的关系,应用数值方法计算了不同中墙宽度、不同隧道埋深情况下中墙内的垂直应力,采用回归的方法确定了中墙承载... 如何确定连拱隧道和小净距隧道中墙的合理宽度是隧道设计中的难题.建立了中墙承载应力与隧道跨度、中墙宽度和隧道埋深之间的关系,应用数值方法计算了不同中墙宽度、不同隧道埋深情况下中墙内的垂直应力,采用回归的方法确定了中墙承载的修正系数K与隧道跨度和中墙宽度的关系,从而建立了连拱和小净距隧道中墙的承载模型.将单轴抗压强度作为连拱隧道混凝土中墙的极限强度,根据极限平衡理论建立了小净距隧道原岩中墙加锚支护的极限强度,最后分别给出了连拱隧道和小净距隧道中墙的稳定性判据.举例说明了中墙稳定性判据在设计中的应用,并采用弹塑性损伤有限元计算结果验证了判据的可用性. 展开更多
关键词 隧道中墙 承载模型 稳定性判据 连拱隧道 小净距隧道
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施工爆破对确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的影响研究
17
作者 王汉鹏 李术才 乔玲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第S1期290-295,共6页
确定海底隧道的最小岩石覆盖厚度是在确保海底隧道安全的基础上减少工程造价的关键。施工爆破对上覆岩石的振动影响着海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定。采用 FLAC^(3D)模拟了宁波海底隧道钻爆法施工对上覆岩层的动力学影响,分析了海底... 确定海底隧道的最小岩石覆盖厚度是在确保海底隧道安全的基础上减少工程造价的关键。施工爆破对上覆岩石的振动影响着海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定。采用 FLAC^(3D)模拟了宁波海底隧道钻爆法施工对上覆岩层的动力学影响,分析了海底隧道的底板标高和装药量对上覆岩层交界面的稳定性影响,得到了振动速度、应力波动历时曲线和塑性区大小。通过与萨道夫斯基公式计算结果的对比,综合经济、安全方面的考虑,建议降低装药量,底板线下降2m。 展开更多
关键词 海底隧道 最小岩石覆盖厚度 钻爆法施工 动力学 FLAC3D 数值模拟
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超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏过程三维地质力学模型试验研究 被引量：75
18
作者 李利平 李术才 +5 位作者 赵勇 李树忱 王汉鹏 刘钦 赵岩 原小帅 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期550-560,共11页
为研究超大断面隧道围岩随埋深逐渐增加的渐进性破坏过程,通过大型三维均匀梯度加载地质力学模型试验系统和软弱破碎围岩及其支护系统相似材料的研制,开展大跨度隧道围岩随埋深逐渐增加渐进破坏过程的大比尺模型试验,真实再现全断面和... 为研究超大断面隧道围岩随埋深逐渐增加的渐进性破坏过程,通过大型三维均匀梯度加载地质力学模型试验系统和软弱破碎围岩及其支护系统相似材料的研制,开展大跨度隧道围岩随埋深逐渐增加渐进破坏过程的大比尺模型试验,真实再现全断面和台阶法开挖段周边围岩及掌子面保留段软弱破碎围岩渐进破坏的全过程。首先,以一定范围内埋深(200～1 020 m)的双线大跨度隧道软弱破碎围岩(铁路隧道V级)为研究对象,采用铁晶粉、松香、石英砂、重晶石粉以及聚四氟乙烯棒等原料研制出具有应变软化特性的软弱破碎围岩、初喷混凝土以及锚杆等相似材料,并配以能实现精细开挖和支护施作的微型设备及其配套工艺,通过可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架模拟隧道全断面和台阶法施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测隧道洞壁及其整数倍洞径(0～3倍)范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息;然后,对隧道全断面和台阶法开挖段以及掌子面保留段围岩进行超载试验,按50 m埋深等荷加载改变隧道埋深,直至隧道全断面无支护段围岩开始出现明显破裂特征,然后再按20 m埋深等荷加载缓慢增加隧道埋深,直至隧道全断面和台阶法支护段初喷混凝土大面积破坏脱落。试验结果表明:(1)在埋深不断增加过程中,隧道围岩破坏区域呈渐进扩大趋势,全断面无支护段周边围岩最早发生破坏,然后依次扩展至全断面支护段初喷混凝土和台阶法支护段初喷混凝土,最终破坏区面积顺次由大到小;(2)无支护段围岩破坏区和支护段衬砌结构破坏区均主要集中在拱顶上方区域,是衬砌结构破坏和围岩塌落荷载的主要来源,两侧边墙也存在局部破坏区,自边墙上部至拱角部位破坏程度逐渐加剧;(3)在埋深增加过程中,支护段围岩位移增长率小于无支护段,应力和荷载增长率恰相反,支护结构承载效应明显;(4)超载过程中,围岩的破坏深度不断增加,尤其是拱部呈现动态压力拱现象,据此确定顶部加固范围在理论上具有可行性。研究的方法技术及结果将对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。 展开更多
关键词 隧道工程 超大断面隧道 软弱破碎围岩 渐进破坏过程 模型试验 演变规律
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铁晶砂胶结新型岩土相似材料的研制及其应用 被引量：134
19
作者 张强勇 李术才 +2 位作者 郭小红 李勇 王汉鹏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期2126-2130,共5页
根据地质力学模型试验的相似原理,经过大量力学试验,研制出一种新型铁晶砂胶结岩土相似材料。该材料由铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和松香酒精溶液按规定配比均匀拌和压实而成,其中铁矿粉、重晶石粉和石英砂作为主料,松香酒精溶液... 根据地质力学模型试验的相似原理,经过大量力学试验,研制出一种新型铁晶砂胶结岩土相似材料。该材料由铁矿粉、重晶石粉、石英砂、石膏粉和松香酒精溶液按规定配比均匀拌和压实而成,其中铁矿粉、重晶石粉和石英砂作为主料,松香酒精溶液作为胶结剂,石膏粉作为调节剂。材料力学参数测试表明:该材料具有重度高、力学参数变化范围广、性能稳定、价格低廉、干燥快速、制作工艺简单、无毒无害等显著优点,可用来模拟从软岩到硬岩的大部分岩体材料。将铁晶砂胶结岩土相似材料应用于沪―蓉―西高速公路大型分岔隧道三维地质力学模型试验研究,有效地揭示了分岔隧道围岩的力学变形特性。 展开更多
关键词 相似原理 新型岩土相似材料 材料力学试验 大型分岔隧道三维试验模型
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超大断面隧道软弱破碎围岩空间变形机制与荷载释放演化规律 被引量：57
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作者 李利平 李术才 +5 位作者 赵勇 王汉鹏 刘钦 原小帅 赵岩 张骞 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2109-2118,共10页
为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的... 为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程。首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍(0～3倍)洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律。研究结果表明:(1)软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程;(2)软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;(3)台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10%～25%,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期;(4)台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围;(5)隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载释放区,及时施作支护可有效减弱掌子面前方围岩荷载的集聚程度和荷载峰值,使荷载峰值出现的位置滞后,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定。 展开更多
关键词 隧道工程 超大断面隧道 软弱破碎地层 施工过程 力学效应规律 模型试验
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