基于消能井井深变化下的竖井溢洪道压强试验研究

为研究竖井溢洪道内部关键部位的压强特性,在维持消能井井径D=7m不变的情况下,分别对消能井井深做T_0=10.29m、T_0=12.29m、T_0=14.29m、T_0=16.29m四种变化方案,并进行模型试验,研究了环形堰面、消能井段、压坡段的时均压强分布、变化规律、脉动压强参数。结果表明:自由堰流下,环形堰面上压强值整体较小,在堰面曲线末端(测点19附近)堰面上产生了负压;消能井底板压强值较大,压强分布随井深的增大而更加均匀;压坡段压强变化随井深的增加没有明显的增减规律;在压坡段顶部测点1处出现负压,但负压值很小,压坡段顶部压强整体值均较小;用测压管测量的时均压强波动数值和脉动压强数值相当;脉动压强的优势频率值小于1Hz,竖井内部水流的脉动压强属于低频范畴。     

基于消能井井深变化下水力特性的研究

研究了消能井内消能工井深变化对各水力参数的影响。试验在中部进流时,消能井直径D、通气孔直径d、出口高度h、短压力段坡比l固定的情况下,通过改变消能井井深来研究井深对流态、压强、不均匀程度的影响,最后通过对脉动压强和系统消能率的比较分析来研究井深变化时各水力特性规律及消能井井深的合理取值。本次试验采用4种井深的变化,综合多次水头变化来研究井深变化对水力特性的影响。试验结果表明:对于同一堰上水头,相对水垫深度h_j/D_0随井深波动变化,在井深H_0/D_0=1.5时水垫深度达到最大,压强及其波动的不均匀程度也最小,所以本模型拟采用井深H_0/D_0=1.5最为合理。     

旋流阻塞与旋流扩散复合内消能泄洪洞的壁面压强特性

结合雅砻江两河口水电站3#导流洞改建的水工模型试验,研究了新型旋流阻塞和旋流扩散复合内消能泄洪洞的壁面压强特性。研究结果表明:在淹没堰流流态时,壁面压强在进口的堰面、竖井段和旋流洞段因阻塞的顶托作用整体增大;在起旋器出口下游侧的旋流洞的顶部仍然存在局部范围的低压区或负压区;在旋流阻塞段,流速增大,壁面压强减小,水流空化数降低;在旋流扩散段,壁面压强略大于或小于大气压。     

西昌昔格达组粉砂岩动力特性研究

为西昌昔格达组地层场地地震安全性评价提供基础性数据,对西昌经久乡昔格达组粉砂岩进行了一系列动三轴试验.研究结果表明:西昌昔格达组粉砂岩在一定条件下(σ3c=100、200、400 kPa,kc=1.0、1.5、2.0)的骨干曲线符合幂函数模型;动剪应力随着固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大;在偏压状态下产生相同动剪应变所需要的动剪应力比均压状态所需要的动剪应力大.不同固结应力条件下,动剪切模量随固结压力或固结主压力比增大而增大,随动剪应变增加而减小并趋于稳定;最大动剪切模量Gd0与σ3c/Pa、kc均有良好的幂函数关系.阻尼比随动剪应变增大而增大,但增大幅值随动剪应变增大而迅速减小;阻尼比随围压或固结主压力比增大而减小;不同固结应力条件下(λ/λmax)与(1-Gd/Gdo)有良好的幂函数关系并可归一化处理.西昌昔格达组饱和粉砂岩的动剪应力τd随固结围压σ3c或固结主压力比kc增大而增大,随振动次数增加而减小;τd/σm随固结围压σ3c增大而减小,随固结主压力比kc增大而增大;动剪应力τd与平均压力σm、固结主压力比kc有较好的线性关系.     

竖向预应力锚索抗滑桩的优化研究

竖向预应力锚索抗滑桩是一种锚索从桩顶竖向穿过抗滑桩,直接嵌入基岩以下的新型抗滑桩。本文以某滑坡治理工程为例,采用数值模拟方法,研究竖向预应力锚索抗滑桩的内力,从桩长、锚固力、偏心距几个方面对竖向预应力锚索抗滑桩的桩身结构进行优化研究。模拟研究结果表明,其他条件不变时,竖向预应力锚索抗滑桩随着桩长的减小,桩身弯矩最大值变化不大,剪力最大值呈增大趋势; 随锚固力增加,桩身内力最大值均呈先减小后增大的趋势,表明选取合适的锚固力对桩身内力影响很大; 随着锚索偏心距的增大,桩身内力最大值均逐渐减小。优化结果表明,竖向预应力锚索抗滑桩锚固段比悬臂桩减少16.7%,桩身剪力最大值减少31.7%,桩身弯矩最大值减少41.1%。竖向预应力锚索抗滑桩是一种有应用前景的抗滑桩。     

小问题

365．一条长为2m的黄铜管，外径D=150mm，壁厚δ=5mm，两端封闭，用直径d=2．5mm的钢丝在力F=400N作用下将管紧密地缠绕一层，然后受内压q=8MPa的作用，如图1所示，试求在内压作用前后管的应力(已知钢的弹性模量Es=200GPa，泊波松比μs=0．25，黄铜的弹性模量Ec=100GPa，泊松比μc=0．34)．     

基于细观尺度的混凝土单轴力学性能仿真计算分析

基于细观力学建立了混凝土的2D随机骨料模型,应用塑性损伤本构模型,模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩载荷下的力学性能和裂纹的萌生扩展。通过变参数分析,研究了粗骨料形状和面积分数、界面性能以及孔隙率等混凝土多相特征对应力-应变关系的影响。数值研究表明:粗骨料形状对混凝土拉压强度影响很小;粗骨料面积分数、界面性能和孔隙率是控制混凝土宏观响应的重要参数。研究发现:随粗骨料面积分数增加,混凝土拉压强度均表现出先减小后增大的变化趋势;而界面性能对混凝土的强度有重要影响,混凝土拉压强度随界面性能的增大而单调增加;孔隙率愈高,混凝土的拉压强度损失愈显著。     

东海低渗储层压裂高起裂压力规律分析

东海HY-A1井H8b气藏为异常高温、高压地层,压裂设计的预测起裂压力与压裂施工不一致,作业中出现高起裂现象;考虑裂缝内流体压力、主应力、井壁渗透率、裂缝倾角等因素,建立了东海低渗储层压裂高起裂压力数学模型;通过现场验证,起裂压力计算误差为4.9%,具有一致性。借助二分法对模型求解,结果表明,随井斜角度的增大,当方位角<45°时,起裂压力变化随井斜角的增大并不明显,当方位角≥45°时,起裂压力呈现先减小后增大的趋势;随方位角的增大起裂角呈现先增大后减小,直至为零,起裂压力总体呈现先减小后增大的趋势;随着方位角增大,起裂压力存在最低峰值,最低峰值区间的方位角在50°～80°之间;井斜角α=0°直井段时,方位角φ=71°时,最低起裂压力峰值为58.5 MPa,在东海本区块属于高起裂;在一定的方位角度上起裂角存在最大峰值,起裂角最大峰值区间的方位角在60°～80°之间;应力差值大、泊松比小、异常高压是高起裂压力的关键因素;在压裂设计中,满足施工需求同时,尽可能设计方位角及井斜角靠近起裂压力最小区域。     

隔离板对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落的抑制

用隔离板对直径为D, 沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制. 隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D. 实验的雷诺数范围Re=V_∞D/v=1.01×10⁴～1.69×10⁴,柱体折减振频范围f_eD/V_∞=0～0.03, 柱体振幅固定为A/D=0.2. 风洞烟线显示和热线测量结果表明:当 G/D位于一个有效区域内时,可有效抑制振荡柱体尾流的旋涡脱落. 该有效区的大小随着隔离板板长的增大而增大, 随着Re数和圆柱振荡频率的增大而减小.     

一种考虑虚拟质量力的井筒气液两相压力波色散经验模型

考虑虚拟质量力、管道特性、频率、空隙率等因素，建立气液双流体压力波速模型，结合小扰动理论，提出了一种新的考虑虚拟质量力的两相压力波色散经验模型，与前人气液两相流（12.5%空隙率）中波色散实验测试数据对比是一致的，且经验公式也可达到准确求解压力衰减系数的目的．对控压钻井两相压力波进行计算，结果表明：(1)随系统压力的增大，压力波衰减系数呈现减小趋势，随节流阀动作频率增大、温度增大，压力波衰减系数呈现增大趋势；(2)随空隙率增大，压力衰减呈现先增大后减小趋势，空隙率在8%≤φ≤40%区间，两相压力衰减系数存在最大峰值，当压力为0.2 MPa时，空隙率在19.5%时达到峰值2.78 dB/m;(3)在低频下，波色散主要受相间机械及热力学平衡机制的制约，波色散现象明显；在高频下，相间来不及进行动量及能量交换，气液状态达不到有序的状态，因而波色散现象不明显；(4)不考虑虚拟质量力，两相压力衰减系数呈现增大趋势，波色散现象显著性下降．     

页岩气储层暂堵转向压裂直井段暂堵球运移特性研究

考虑附加质量力、相间阻力、Basset力、重力、浮力等力学条件,建立了暂堵球运移过程动量守恒模型,通过四阶龙格-库塔方法对其求解,并以长宁区块气井直井段为例进行研究。结果表明:在直井段,暂堵球呈现先加速后减速,最后匀速运动的规律,暂堵球加速度ab≤0阶段,暂堵球运移速度达到最大峰值;随着暂堵球直径、密度及排量增大,暂堵球运移速度最大峰值均呈现增大趋势,暂堵球密度从1.13g/cm3增大到1.38g/cm3,暂堵球运移速度最大峰值从15.057m/s增加到17.19m/s;暂堵球雷诺数与暂堵球运移速度具有较好伴随性,暂堵球加速度ab>0的阶段,随着暂堵球直径增大,暂堵球雷诺数增大,暂堵球直径7mm同直径13mm相比,雷诺数峰值从214.18增大到397.76;随着排量的增大,暂堵球运移速度呈现增大的趋势,当排量为10m3/min,暂堵球到达直井段末端2536m时,运移速度为14.42m/s,运移总时间为2.835min。     

波浪与新型双排开孔圆筒防波堤相互作用三维数值模拟

双排开孔圆筒防波堤是基于圆筒、板式结构的一种复合式新型结构型式;基于不可压缩两相流模型建立三维数值波浪水槽,通过RNG k-ε湍流模型进行湍流封闭,并采用TruVOF方法捕捉自由液面,开展波浪与双排开孔圆筒防波堤相互作用数值模拟,探究相对排间距、开孔率对新型双排开孔圆筒防波堤消浪性能的影响,分析了后排开孔圆筒防波堤附近的复杂水动力现象和流动特性.结果表明,在本文研究工况范围内,沿程平均波高随相对排间距的增大先增大后减小,随开孔率的增大而增大,周期对沿程平均波高的影响没有明显规律;当B/D=9, e=23.11%时,新型双排开孔圆筒防波堤消浪效果最优,反射系数在0.4～0.46之间,透射系数在0.3～0.35之间,耗散系数在0.8～0.85之间;自由液面破碎、水气掺混、环状涡运动演化是新型双排开孔圆筒防波堤紊动耗能消波的主要原因;相对排间距会引起后排防波堤附近涡量分布以及剪切层形态的变化,从而导致不同的紊动特性,影响双排开孔圆筒防波堤消浪特性.研究结果可以为新型双排开孔圆筒防波堤工程设计与消浪机理研究提供理论支撑.     

几何构型对流动聚焦生成微液滴的影响

流动聚焦型微流控装置能够方便、高效地生成均一度好且大小精确可调的微液滴(气泡),故被广泛应用于颗粒材料合成、药物封装、细胞培养等诸多领域. 进一步优化通道结构有助于实现对合成微粒粒径、均一度和尺寸范围的精确调控. 本文数值研究了通道深度、缩颈段长度以及两相夹角等几何构型因素对流动聚焦生成微液滴直径及其生成周期各个阶段的影响. 控制液滴生成方式为滴流式,发现液滴直径随通道深度d 的增加近似呈线性增大,且当通道深度小于30 μm 时,随着通道深度的下降,微液滴生成周期在毛细力的强烈作用下出现骤升,通道深度超过80 μm 时,微液滴的生成周期基本接近恒定. 连续相和离散相的夹角θ接近90°时,液滴直径及其生成周期最短,夹角太大或太小均不利于生成均一度好且粒径微小可控的液滴. 调整缩颈段长度l引起液滴直径及其生成周期的变化幅度仅为其平均值的3%~5% 左右. 此外,缩颈段宽度也是影响流动聚焦生成微液滴直径及其生成周期的重要因素,在通道深度固定时,缩颈段越宽,微液滴直径及其生成周期越大.      

控压钻井气-钻井液两相压力衰减影响因素分析

考虑虚拟质量力、相间阻力、气相溶解度和滑脱速度等因素,在双流体模型基础上,建立了控压钻井气-钻井液两相流动中的压力衰减模型,借助小扰动理论和半隐式差分等数学方法,对其进行编程求解。结果表明:随着温度的增大,压力衰减系数呈线性增大趋势;随着压力的增大,压力衰减系数与压力呈反比例函数趋势;随着空隙率增大,压力衰减系数呈先增大后减小的抛物线趋势。当φg≈21%时,压力衰减系数达到最大值,当p=0.1MPa时,最大压力衰减系数可达2.32dB·m~(-1)。在低频段(w≤50Hz),压力衰减系数随频率逐渐增大;在高频段(w500Hz),压力波的色散性基本不存在,压力衰减系数趋于恒定值。不考虑虚拟质量力的压力衰减系数最大误差达3.09dB·m~(-1),不考虑拖拽力的压力衰减系数最大误差达1.13dB·m~(-1)。     

下击暴流作用下双坡屋面建筑风荷载分布特性研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟下击暴流场,在与已有建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟分析了下击暴流对双坡屋面建筑的风压作用;侧重考虑了建筑处于下击暴流径向最大风速位置(r/D_0=1.0)处,风向与坡角变化及有无挑檐对风压分布的影响。分析结果表明:风向与坡角的变化对表面风压有显著影响,坡角变化时,屋面风荷载体型系数最大增幅达到152.2%;随风向角增大,迎风面总体风荷载体型系数呈显著减小趋势,而背风面的负压绝对值则有较大提高,其系数变化幅度达到120.7%;因风向变化,侧风面风荷载体型系数出现261.4%的增幅;有无挑檐对建筑表面风压也产生影响,但主要表现在迎风面近挑檐区域的风压发生较大改变。     

含力磁屈服区的压磁材料硬币型裂纹问题研究

本文利用Hankel 变换及Copson 求解方法,得到了在无穷远处磁荷载以及对称力荷载作用下的无限大压磁材料中,硬币型裂纹在裂纹尖端含有环状力磁双屈服区情况下的相关解析解．本文考虑了磁屈服区尺寸小于、大于、等于力屈服区尺寸的三种情况．结果表明：屈服区尺寸不仅与外荷载及材料常数相关,更与力磁屈服区尺寸的相对大小有关;其中,较大尺寸的屈服区仅受同性质单一荷载影响,与材料常数无关;而较小尺寸屈服区受力磁两荷载与材料常数共同影响;裂纹张开位移、磁势跳变均沿裂纹面径向增大而减小;裂尖张开位移、裂尖磁势跳变与材料常数相关,且随外荷载增大而增大．     

汶川地震触发文家沟高速远程滑坡-碎屑流成因机理分析

文家沟高速远程滑坡-碎屑流位于映秀—北川断裂带与灌县—安县断裂带夹持的文家沟向斜断块中,地震断裂的强烈活动引起的振动效应是形成滑坡的先决条件。滑坡源区顶端与文家沟沟口高差约1360m,突兀山体下临深切峡谷的地形使地震动荷载在山脊部位的放大效应显著,并直接导致坡体破坏; 滑坡源区的地震动加速度3分量峰值分别为aEW=2.4g,aNS=2.3g,aUP=1.2g。D2gn观雾山组石灰岩斜坡具有强度渐进式分层结构,坡体表层以下约50m内的结构相对松散的残坡积层~新鲜岩体上部无法抵抗地震纵横波的周期性拉压与剪切耦合作用,被切割成为初始滑体; 滑体在第八级台地边缘高位剪出后,在文家沟上游地区最高滑移速度约介于93m ·s^-1~122m ·s^-1之间。滑体上部的干碎屑流在两处路径转折端瞬间压缩沟谷内的圈闭气体,形成明显的"气垫效应",滑体下部泥石流底层液化和颗粒有效动摩擦系数随剪切速度增大而减小的效应都是导致碎屑流体高速远程滑移的关键; 同时,碎屑物流通过程中还伴有明显的岸坡铲刮与翻越效应、以及树木摧削效应。汶川地震后截至2009年9月,降雨诱发碎屑堆积物形成多次泥石流,反映了地震地质灾害的链生性和长期性。     

点载荷作用下密集颗粒物质的传力特性分析

利用颗粒离散元商业软件PFC3D, 模拟了在2m*1m*0.01m容器中直径分别为0.01m, 0.008m和0.006m的颗粒各1*10$^4$个, 受重力作用下的静态密集堆积; 以此为初始条件, 在表层随机选择7个颗粒分别施加5.2*10$^{ - 2}$N(100倍最大颗粒重量)的点载荷, 进行应力传播特点研究. 结果表明: 力的传递在局部范围内呈现很强的各向异性; 应力涨落随着距离的增加呈指数下降; 在大于5倍最大颗粒粒径时, 其分布可以使用弹性力学理论来计算. 探讨了摩擦系数$\mu =0$, 0.2, 1对应力传递的影响, 随着摩擦系数的增加, 各向异性范围减小.     

基于统一强度理论的圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力分析

对9根圆钢管型钢再生混凝土短柱进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、径厚比、型钢配钢率对试件轴压承载力的影响。试验结果表明:试件轴压承载力随着取代率的增加而逐渐减小,随径厚比的减小和型钢配钢率的增大而增大,说明该柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。在试验研究基础上,采用统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压极限承载力进行了理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算了钢管对核心型钢再生混凝土的约束应力;推导了该短柱的轴压承载力计算公式,并对其影响因素进行了分析。结果表明:计算值与试验值之比的均值和方差分别为0.99和0.001,吻合较好,表明统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性;此外,当材料的拉压比α(α=1时,拉压同性材料;α≠1时,拉压异性材料)一定时,试件轴压承载力随着材料强度参数b(0≤b≤1)的增大而增大;当材料强度参数b值一定且α≠1时,试件轴压承载力随着α的增大而增大;此外,试件轴压承载力随着径厚比的增加而呈递减趋势;试件承载力提高系数随着再生混凝土强度的增大而减小。研究结论可为圆钢管型钢再生混凝土组合短柱的设计与计算提供理论参考。     

基于逾渗理论的机械密封界面静态泄漏预测方法

针对现有机械密封泄漏机理研究存在的不足,利用Hertz理论研究机械密封界面接触力学问题,揭示了孔隙率随端面形貌、端面载荷等参数的变化规律;基于逾渗理论,探讨了不同网格层数下密封界面的逾渗阈值与孔隙率的关系,建立了密封界面泄漏通道模型,以及泄漏率与端面形貌参数关系表达式;研制了机械密封静态泄漏测试装置,测试了6组不同端面形貌试件在一定介质压力下的泄漏率.结果表明:密封界面的初始孔隙率?0随着分形维数D的增大而增大;端面比压pc增大,孔隙率?减小,并随着D的增大和尺度系数G的减小,?快速减小,直至填实.在端面比压作用下,密封界面的孔隙率均大于0.593,密封界面泄漏通道可以简化为单层网格逾渗模型.密封环的表面越粗糙,其密封界面的孔隙率越大,而由孔隙连通形成的泄漏微通道孔喉尺寸就越大,致使密封界面的泄漏率越大;泄漏率理论预测值与试验结果具有良好的吻合度,验证了本文泄漏预测方法的合理性.