礦山工程力學(xué)精選(九篇)

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第1篇：礦山工程力學(xué)范文

【關(guān)鍵詞】錨固劑；錨桿工程；力學(xué)特性

前言

近年來，錨固技術(shù)在土木、礦山工程中得到了廣泛地應(yīng)用，錨固技術(shù)使用的主要是錨桿，錨桿本身具有良好的力學(xué)性能、施工起來很簡便，自從1912年美國阿伯施萊辛第一次將錨桿用于煤礦巷道的支護，該技術(shù)已擁有百年的歷史，隨著不斷地研究錨桿的工程力學(xué)特性，拓寬了錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)在研究錨固劑錨桿工程力學(xué)特性的課題成為當(dāng)今社會關(guān)注的熱點。

1、闡述錨固技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

1.1小議錨固技術(shù)的含義

錨固技術(shù)，在專業(yè)領(lǐng)域成為巖體錨固技術(shù)，錨桿是該技術(shù)不可缺少的工具，主要是在土層或巖層中埋設(shè)錨桿。這樣的目的為了讓工程建筑能夠通過錨桿與底層合為一體，錨桿主要的作用是與附近的土層形成剪應(yīng)力結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生拉力，這樣就使附近的地層更為牢固，提高了工程的力學(xué)穩(wěn)定性。在土木、礦山工程中，采用錨固技術(shù)不但可以縮小工程的大小，減輕工程的自身重量，還可以節(jié)省經(jīng)濟成本。錨固技術(shù)的核心就是錨桿的力學(xué)特性，錨桿自身力學(xué)性能較佳、施工簡便，現(xiàn)在很多該領(lǐng)域研究者一直在研究錨桿的材料，以前使用的主要是鋼制錨桿，現(xiàn)在慢慢發(fā)展使用玻璃鋼符合材料，因為使用不同的材料可以改變其界面力學(xué)特性，方能進一步拓展錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2淺析錨固劑錨桿的應(yīng)用現(xiàn)狀

剛才上文已經(jīng)提到錨固技術(shù)的施工方法，主要使用的工具是錨桿，同時使用的錨桿有很多的種類，不同的錨桿有獨有的力學(xué)特性，現(xiàn)在就將談下錨固劑錨桿。該種錨桿不僅施工簡便，而且經(jīng)濟成本較低，在巷道初期支護中得到廣泛地應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，在錨固技術(shù)中使用錨固劑錨桿的用量達到一半以上。尤其是近些年來，錨固劑錨桿不斷地應(yīng)用在有色金屬礦工程中，說道金屬礦工程，和普通的煤礦工程不一樣，因為它們的工程地質(zhì)和力學(xué)環(huán)境條件有一定的差異，在巷道圍巖地壓和變形表現(xiàn)出不同的力學(xué)性狀，在地層與結(jié)構(gòu)物之間采用錨桿支護，它屬于主動支護技術(shù)，錨桿與巖層產(chǎn)生的剪應(yīng)力可以承受巷道圍巖地壓與變形。在金屬礦山工程中采用的是砂漿錨桿，這種類型的錨固劑錨桿有拉拔力較大、抗變形能力較強的特點，但是也有一些不可避免的缺點，施工起來較為繁瑣，起到支護效果的時間有點慢，大傾角錨桿的注滿度往往達不到設(shè)計要求等。為了進一步解決以上出現(xiàn)的問題，在保證安全、經(jīng)濟的基礎(chǔ)上，來優(yōu)化錨桿支護的參數(shù)，所以現(xiàn)在將研究錨固劑錨桿工程力學(xué)特性，來拓展其使用領(lǐng)域。

2、探析錨固劑錨桿工程力學(xué)特性

2.1分析工程地質(zhì)的特征

現(xiàn)在將對某地區(qū)鐵礦進行應(yīng)用研究，先來分析該工程的地質(zhì)特征。礦石主要包括塊狀、染狀、斑塊狀、角礫狀磁鐵礦，對于塊狀磁鐵礦而說，該巖性較為堅硬，穩(wěn)定性較好，而浸染狀和斑塊狀磁鐵礦，表面致密、堅硬，穩(wěn)定性不如塊狀磁鐵礦好，角礫巖穩(wěn)定性較差。對于近礦圍巖來說，礦質(zhì)主要為花崗巖、斑狀花崗巖、矽卡巖、閃長巖等，這些巖層主要收到破壞、腐蝕等作用，這和遠礦的圍巖來比，穩(wěn)定性就比較差。石英長石斑巖的強度比較高，穩(wěn)定性中等，但是處于近礦處，則穩(wěn)定性較差；花崗巖，成分主要包括鈣、鐵質(zhì)等，穩(wěn)定性中等；矽卡巖，如果它在外表，該巖層容易因發(fā)生水解而崩塌，這種巖體穩(wěn)定性極差；

閃長巖比較破碎，因為長期受到腐蝕的影響，穩(wěn)定性很差。在開采礦山時，一般挖掘較深，對于深處的巖層來說，該礦體的水份很少。在該礦區(qū)，礦體和圍巖的構(gòu)造應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場基本一致，并且與礦體走向保持一致。開采深度300米至600米范圍內(nèi)，水平最大主應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值在1.5至2.0之間，平均2.14。

2.2深度剖析錨固劑錨桿工程力學(xué)特性

現(xiàn)在先來分析拉拔力/變形與支護時間關(guān)系，這個測試試驗主要是在該鐵礦東南區(qū)地下350米的巷道中進行的，主要是對不同支護年齡的錨固劑錨桿進行了大量的測試，經(jīng)過統(tǒng)計匯總，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布，以其均值作為該齡期的拉拔力/變形。從這個實測曲線可以發(fā)現(xiàn)，在施工前期時，錨固劑錨桿的拉拔力較低，經(jīng)過五天之后，拉拔力第一個峰值，經(jīng)過3天的穩(wěn)定期，拉拔力強度大多數(shù)是峰值的一半，九天以后，拉拔力達到了第二個峰值，但是增長的幅度比較小，經(jīng)過十天以后，則達到了平均最大拉拔力65 KN。而錨固劑錨桿的變形會隨著施工年齡的不斷增長，抗變形能力逐漸降低，即脆性大幅度地增大。現(xiàn)在再將錨固劑錨桿拉拔力與時間的曲線擬合，從該曲線發(fā)現(xiàn)其規(guī)律屬于階梯函數(shù)。然后將錨固劑錨桿變形與時間的曲線擬合，變形曲線可見，錨固劑錨桿變形表現(xiàn)為分段函數(shù)的形式。錨固劑錨桿拉拔力/變形隨支護齡期的增加呈現(xiàn)的飛躍式的變化，這種變化與錨固劑材料有著很大的關(guān)系，一般的錨固劑主要是由水泥、凝劑、膨脹劑、砂子等組成，然后將其包裝起來，在施工前還需要將其浸泡在水中一段時間。里面包含的速凝劑主要能夠縮短凝固的時間，但是會降低混凝土的強度，而膨脹劑會阻止混凝土固化過程中收縮，還可以增強結(jié)實性。在錨固劑使用的砂子量很少，導(dǎo)致其強度較小，對不同年齡的錨桿進行破壞性的拉拔試驗，破壞點主要是螺紋鋼凸起螺紋之間的錨固劑被剪斷，發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，隨著錨桿年齡的增長，錨固劑的脆性變強，開始發(fā)生的拉伸摩擦，隨后發(fā)生的是剪切作用?？傊?，錨固劑錨桿的變形是拉拔力的遞增函數(shù)，安全系數(shù)隨錨桿承受的巷道壓力增加，安全系數(shù)逐漸減小。

3、探究巷道收斂變形監(jiān)測、錨固劑錨桿支護安全系數(shù)

現(xiàn)在就需要對東南區(qū)地下400米深處進行收斂變形觀測，測試的礦石屬于塊狀磁鐵礦，它的穩(wěn)定性中等。通過觀測可以得到，巷道初期收斂變形不大，但是在此變形過程中存在一定的波動性。經(jīng)過數(shù)月后，收斂變形速度變得很快，甚至出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，會導(dǎo)致巷道失穩(wěn)并發(fā)生破壞。另外，對其進行曲線擬合，根據(jù)大量的試驗證明，在巷道施工初期時，收斂變形在平均線進行了一定的浮動，隨著時間的增長，變形明顯加快。通過實測的曲線就可以確定莫啊估計錨桿的支護安全系數(shù)，根據(jù)收斂檢測的數(shù)據(jù)，可以推斷出不同時期的支護安全系數(shù)。但是，如果支護的施工時期不到一個月時，需要事先查詢該年齡的變形值，然后將這個數(shù)值除以實測收斂變形值，則得到了高錨桿的支護安全系數(shù)。其實，根據(jù)國家礦山工程的規(guī)定，安全系數(shù)在1.5至2是最安全的，如果安全系數(shù)大于2時，則設(shè)計的參數(shù)較為合理，如果大于4.5時，那么巷道支護的經(jīng)濟成本過高，但是如果安全系數(shù)小于1.5，巷道欠支護，需要進行巷道補強支護設(shè)計。

4、結(jié)語

通過對實際的鐵礦進行試驗證明，錨固劑錨桿的拉拔力/變形與支護時間的關(guān)系表現(xiàn)為階梯函數(shù)，這個關(guān)系函數(shù)受到時間的制約，隨著時間的推移，變形能力呈先增后減的趨勢，說明該材料的脆性很大。另外，根據(jù)巷道收斂變形特性曲線，可以科學(xué)地推測出其安全系數(shù)，這樣可以判斷出錨桿支護的質(zhì)量，最后優(yōu)化了設(shè)計。因此，不斷地進行錨固劑錨桿工程力學(xué)特性及應(yīng)用研究，這樣可以拓寬錨固技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為礦山工程建設(shè)帶來更大的貢獻。

參考文獻

[1]王曉翠，王曉利快硬水泥錨固劑的試驗研究[J].混凝土，2010，251（9）：62-64.

第2篇：礦山工程力學(xué)范文

關(guān)鍵詞：巖土工程；工程地質(zhì)；關(guān)系分析

前言：

現(xiàn)如今，巖土工程是一門迅速發(fā)展起來的新興邊緣學(xué)科，它是基于工程地質(zhì)基礎(chǔ)之上，結(jié)合土木建筑，應(yīng)用于城市建設(shè)項目實踐中的學(xué)科。技術(shù)人員對巖土工程的內(nèi)涵持有不同的觀點，然而對巖土工程和工程地質(zhì)的界限加以正確的區(qū)分，對于適應(yīng)巖土工程教學(xué)、及科學(xué)生產(chǎn)活動有著重要的意義。

一、巖土工程和工程地質(zhì)的概念區(qū)分

1.1 巖土工程

把巖土體作為建設(shè)環(huán)材料、環(huán)境和建筑物組成部分，并對其加以科學(xué)利用、整治和改造，我們稱之為巖土工程科學(xué)技術(shù)。而這項科學(xué)技術(shù)在我國只有較短的歷史。巖土工程的理論基礎(chǔ)包括工程地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、地基基礎(chǔ)工程學(xué)、巖石力學(xué)等，其作用在于解決所有與巖土體相關(guān)的技術(shù)問題，是一門結(jié)合工程和地質(zhì)而發(fā)展形成的新專業(yè)學(xué)科。巖土工程貫穿工程建設(shè)全過程之中，包括場地調(diào)查、分析論證、施工治理、環(huán)境監(jiān)控及信息反饋等。巖土工程在遵循有關(guān)技術(shù)規(guī)范、原則的前提下，結(jié)合實際經(jīng)驗，借用新時代下各種信息技術(shù)和各種勘測技術(shù)準(zhǔn)確反饋場地的工程地質(zhì)條件等信息，以及反映其對巖土體性狀的影響，再結(jié)合工程設(shè)計、工程要求以及施工條件，找出巖土工程存在的問題及解決對策。巖土工程設(shè)計著眼于地基加固處理、樁基、排水、邊坡等得整體設(shè)計。治理方面有地基加固處理工程治理、地下工程的加固或防滲工程基坑、邊坡或岸坡的支護以及環(huán)境巖土工程問題治理。土木工程的建筑材料也是巖土工程的研究對象，而巖土工程的研究對象也是建筑環(huán)境的重要組成部分。巖土體在地質(zhì)形成過程中，在經(jīng)歷多種復(fù)雜的地質(zhì)作用之后，其工程性質(zhì)復(fù)雜化、多樣化。程地質(zhì)的知識對于熟悉巖土體材料的結(jié)構(gòu)具有重要作用，而土木工程知識對于處理好建筑物和巖土工程之間的關(guān)系也發(fā)揮著不可或缺的作用。

1.2 工程地質(zhì)

國內(nèi)外眾多學(xué)者認為工程地質(zhì)學(xué)是用以研究和處理于工程地質(zhì)體中發(fā)現(xiàn)的各類地質(zhì)問題，這些地質(zhì)問題和工程建設(shè)有很大的聯(lián)系，尤其是不良地質(zhì)問題。工程地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)科的一個分支，我們把工程所涉及的巖土體和所在的地質(zhì)環(huán)境成為工程地質(zhì)體。應(yīng)在同時研究自然因素作用以及人為因素作用前提下，在地質(zhì)歷史時期和工程建設(shè)時期，研究其對巖土體性狀的影響。國內(nèi)外工程地質(zhì)界的相關(guān)研究中對于這一學(xué)術(shù)觀點有不同程度和深度的論證和闡述，并已被工程實踐證實。而“工程地質(zhì)問題”是指工程地質(zhì)條件與工程建筑之間存在的不符點，即相互排斥的矛盾。不相同的工程建筑物，鑒于工作方式和其對地質(zhì)體所產(chǎn)生的負荷大不相同，會出現(xiàn)繁多的工程地質(zhì)問題。例如，建筑場地穩(wěn)定性和地基承載力及變形問題，地下工程和高層建筑深基坑開挖支護、降水、及土體回彈等，不良地質(zhì)問題主要是指地震、崩塌、滑坡及泥石流等，這些都是在建筑工程中出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)問題。它們破壞著自然環(huán)境，而且成為地質(zhì)災(zāi)害嚴重威脅城鄉(xiāng)建設(shè)和人民生命財產(chǎn)安全。而工程地質(zhì)的工作是通過工程勘察來實現(xiàn)的，具體就是了解工程地質(zhì)的條件，解決工程地質(zhì)相關(guān)問題，選擇場地，預(yù)測工程在完成后會對地質(zhì)環(huán)境帶來的影響，最后提出防護措施和建議。

二、巖土工程與工程地質(zhì)的關(guān)系

2.1 關(guān)系歸納概述：

對于巖土工程與工程地質(zhì)之間關(guān)系的論述國內(nèi)學(xué)者給予不少的關(guān)注和研究，其研究結(jié)構(gòu)大體上可以歸納如下：

（1）巖土工程包含在在工程地質(zhì)之內(nèi)，是其一個單一分支；

（2）巖土工程是巖土力學(xué)在巖體工程的應(yīng)用和其在土體工程上的應(yīng)用的結(jié)合；

（3）巖土工程是把巖土體既作為建筑材料，用時也將其也作為地基、介質(zhì)或者環(huán)境的結(jié)構(gòu)工程，更為明確的表達是巖土工程是一種基礎(chǔ)工程和地下結(jié)構(gòu)工程。

2.2 關(guān)系分析

（1）不難看出，這三種歸納觀點分別由工程地質(zhì)專業(yè)人員、結(jié)構(gòu)工程專業(yè)人員和巖土力學(xué)專業(yè)人員等研究提出，縱使上述觀點有其論證依據(jù)，但非全面，會給人帶來一種“專業(yè)偏見”、各居一方的感覺。到目前為止，國內(nèi)外出現(xiàn)的眾多巖土工程實例中客觀反映出的事實表明以上對巖土工程的定義出現(xiàn)偏差、嚴重不符合實例反映。需要強調(diào)補充工程地質(zhì)、巖土力學(xué)、結(jié)構(gòu)工程之間的關(guān)系，而它們之間的關(guān)系既存在區(qū)別性又存在聯(lián)系性，即共性和個性的融合，而不是所謂的從屬關(guān)系；需要更為明確地指出巖土工程的學(xué)科范疇，其特點在于多種學(xué)科性是包括多種技術(shù)和方法的土木建筑工程。也就是說，巖土工程是一種綜合技術(shù)方法，融合多種技術(shù)和方法于其中。它是多門學(xué)科相互滲透、互相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科，這就決定了巖土工程不可能被某單一學(xué)科主導(dǎo)。

（2）基于上述的《巖土工程勘察規(guī)范》中定義的基礎(chǔ)之上，在此嘗試給出巖土工程的補充解釋：巖土工程學(xué)科目的在于為某項專門目的工程提供服務(wù)所做的工作，工作內(nèi)容主要包括工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)、基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)施工和地下結(jié)構(gòu)的方案選擇與設(shè)計等。而補充解釋中的“專門目的的工程”則是指和國民經(jīng)濟建設(shè)相關(guān)的建筑工程項目。狹義地來說，也就是指單一具體項目，如工業(yè)與民用建筑工程、鐵道工程、礦山工程、市政工程等。相應(yīng)巖土工程學(xué)則是巖土工程的學(xué)科群，它的構(gòu)成部分主要包括工結(jié)構(gòu)學(xué)科、程地質(zhì)學(xué)科、巖土力學(xué)學(xué)科。從上述補充后的定義可以發(fā)現(xiàn)，工程地質(zhì)學(xué)為巖土工程學(xué)提供了在地質(zhì)方面的理論基礎(chǔ)，與巖土力學(xué)和結(jié)構(gòu)學(xué)如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等二者之間既存在著區(qū)別性又相互緊密結(jié)合。之所以，巖土工程學(xué)作為工程地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)和結(jié)構(gòu)學(xué)上述三門學(xué)科的一門邊緣學(xué)科，不能將其籠統(tǒng)地劃為工程地質(zhì)學(xué)的一個分支。

（3）巖土體既同時是工程地質(zhì)學(xué)和巖土工程學(xué)兩個學(xué)科的研究對象，并且作為巖土力學(xué)賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，其特點有：研究對象，即巖土體的特殊性；地質(zhì)環(huán)境因素、巖土工程設(shè)計的綜合性和人為因素的不確定性。而工程力學(xué)的特點包括：研究對象的單一性，即各向同性、連續(xù)性、均勻性特點；計算答案的唯一性。之所以，巖土力學(xué)與其它力學(xué)在學(xué)術(shù)范疇上存在著區(qū)別性，該學(xué)科不能直接引用工程力學(xué)的公式和結(jié)論，如彈性力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)等的公式和結(jié)論，而應(yīng)該依照學(xué)科自身的特點，結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查、工程模擬試驗和計算，有選擇地利用這些相關(guān)力學(xué)的公式和結(jié)論。之所以，嚴格地來說，巖土力學(xué)是工程力學(xué)與地學(xué)學(xué)科相結(jié)合的一門邊緣學(xué)科，這也是該學(xué)科與工程力學(xué)學(xué)科最本質(zhì)的區(qū)別所在。而現(xiàn)實中我們常說的“萬丈高樓平地起”是對于巖土工程地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)即各類建筑物或構(gòu)筑物之間存在的聯(lián)系的生動寫照。顯而易見，地基與結(jié)構(gòu)物是不同的，巖土工程并不等于結(jié)構(gòu)工程。

結(jié)束語：總結(jié)來說，巖土工程學(xué)科具有多學(xué)科交叉性、互相滲透性的一門邊緣學(xué)科，而工程地質(zhì)學(xué)科屬于巖土工程的地質(zhì)理論基礎(chǔ)。正確區(qū)分巖土工程和工程地質(zhì)的技術(shù)和學(xué)術(shù)界限是為了滿足巖土工程教學(xué)、科研和生產(chǎn)的需要。技術(shù)人員首先應(yīng)當(dāng)做到基于實踐，不斷地對自身的知識、技能結(jié)構(gòu)體系加以完善，不斷發(fā)展巖土工程學(xué)科的建設(shè)工作，更多關(guān)注工程實踐。

參考文獻：

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[4]中國建筑工業(yè)出版社編著.《工程地質(zhì)學(xué)》[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007.