抽水作用下先期断裂对地裂缝的影响研究

过度抽取地下水和先期存在的断裂构造是西安市地裂缝地质灾害发生的主要原因。作者首先从理论上分析了抽水情况下地裂缝形成的张拉破裂机制、剪切破裂机制和张剪复合破裂机制,并从结构面控制理论分析了先期断裂在地裂缝形成中的控制作用; 然后依据比奥三维固结理论,采用FLAC软件建立了西安地裂缝的计算模型,比较了抽水作用时没有先期断裂和地层差异、有先期断裂而没有地层差异、有地层差异而无先期断裂等情况时的地面变形特征,得出抽水作用下,先期断裂对地裂缝的形成及发展具有诱导、隔离和放大的耦合作用,从而得出先期断裂不仅仅只是地裂缝形成的构造基础的结论。     

黄淮地区巨厚松散层岩性结构特征以及采矿对其水动态的影响

本文选择地处黄淮地区的淮南、淮北、大屯、兖州和邢台等矿区中典型矿井的巨厚松散层，分析了该地区巨厚松散层的岩性结构特征，从水体、地层和采矿波及类型等方面论述了采矿对松散层地下水动态的影响特征，解释和解决了某些实际工程问题。     

岩体随机结构面三维网络数值模型有效性检验

岩体随机不连续面三维网络模拟技术成熟与否的一个重要标志就是最终的网络模型是否能够较真实地再现岩体的实际情况 ,为了使三维网络模型的结果能够真正地应用于实际工程 ,就必须对模拟的结果进行必要的检验 ,检验的办法就是将模拟出的模型剖面图形与原型测量窗口的图形进行图形对比 ,或者将原型的观测数据与模型的测试数据进行数据对比 ,当这种检验达到精度时 ,模拟出的模型为有效模型 ,可以投入工程实际应用     

交叉隧道施工中新建隧道周围复合地层与间距对既有隧道的沉降影响研究

沿海地区特别是广州地区地铁建设多在复合地层中进行盾构施工,开挖引起的地层沉降很难控制,如何防止大面积的地层沉降,保证既有建(构)物安全成为施工难题。基于此,本文提出了复合地层盾构施工的地质概化模型,运用三维有限元方法对交叉隧道盾构施工进行了建模分析,研究了不同的复合地层类型及不同的覆土厚度与间距下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道沉降的影响。结果表明,新建隧道在近似均一土层中下穿施工引起的既有隧道沉降最大,上软下硬地层次之,长距离硬岩段最小,沉降随土层弹性模量的增加而减小; 同时,既有隧道沉降随覆土厚度的增加而增大; 随隧道间距的增大而减小,当间距小于2倍衬砌外径时,既有隧道沉降较大,存在损坏的危险。最后,提出了相应的沉降控制对策。     

实际瓦屋面双坡低矮建筑的风荷载特性的数值模拟研究

基于Fluent软件平台,采用雷诺应力模型(RSM),对一类实际瓦屋面双坡低矮建筑的风荷载特性进行了研究.首先通过对TTU标准模型的计算,验证了本文数值模拟方法的可行性并确定了合适的网格及计算参数.然后以实际瓦屋面双坡低矮建筑作为典型计算模型,对三种不同屋盖的体型系数进行了数值模拟,将实际瓦屋面模型与风洞试验模型进行了对比分析,并分析了不同风向下瓦片屋盖对于屋面风压的影响.结果表明,实际瓦屋面模型的风压值整体上比风洞试验简化模型的风压值要小,两模型的风压差值从0°风向到90°风向呈递减趋势,且迎风面各分块的风压差普遍大于背风面各分块的风压差.结果还表明,在各风向角下,瓦片屋盖对屋面风压的影响程度不一,且折线瓦对风压的影响相比波形瓦要大.     

基于分形统计强度理论的煤颗粒冲击破碎概率研究

基于分形统计强度理论对煤颗粒的冲击破碎概率进行研究.以Hertz接触假设为基础,得到煤颗粒冲击破碎概率与最大接触压应力之间的函数关系,并结合碰撞动力学理论,建立了冲击破碎概率的分形模型.对不同矿区工作面的煤颗粒进行冲击破碎试验,统计分析表明:分形模型可以对煤颗粒的冲击破碎概率进行很好的描述,冲击破碎概率与冲击速度在对数坐标中为线性关系.通过试验确定分形模型的分形维数和破碎常数,可以得到不同冲击速度下煤颗粒的冲击破碎概率以及煤颗粒全部破碎需要的冲击速度,为冲击破碎效果评价以及冲击速度的确定提供了理论指导.     

裂缝性低渗透油藏流-固耦合理论与数值模拟

根据裂缝性低渗油藏的储层特征,建立适合裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型。将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立裂缝性低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型,并给出其数值解.通过数值模拟对一实际井网开发过程中孔隙度、渗透率的变化以及开发指标进行计算,并和刚性模型以及双重介质模型的计算结果进行了分析比较.     

高速列车车轮磨耗预测仿真

为了研究高速列车车轮磨耗问题,建立了车辆多体系统动力学和车轮磨耗耦合模型.模型中考虑了车辆系统悬挂非线性?轮轨接触几何非线性和轮轨蠕滑力非线性.采用数值仿真方法研究车轮型面的磨耗分布和发展.考虑车辆通过一条由直线和不同曲线组成的典型线路,通过动力学仿真计算轮轨接触情况,采用FASTSIM计算轮轨接触斑上车轮磨耗量,进行车轮型面磨耗量的累积和型面外形更新,然后再进入下一个磨耗循环的计算.通过比较分析,选择车轮型面垂直磨耗0.1mm为型面更新的条件,分别采用Archard磨耗模型?基于摩擦功的磨耗模型和基于磨耗指数的磨耗模型来预测车轮型面磨耗发展情况.并与测量得到的车辆实际线路运行中车轮磨耗量进行了比较.结果表明,仿真得到的车轮型面磨耗发展情况和实际测量结果趋势相同,其中基于磨耗功和磨耗指数模型的计算结果接近,而Archard模型算得的轮缘磨耗相对较大.因此,可以根据具体线路有针对性地选择磨耗模型,通过仿真方法预测车轮型面的磨耗,为高速列车的安全可靠运行提供指导.     

海洋平台的冰力谱与冰振响应分析

利用原型结构的直接冰力测量数据,建立了锥体结构的冰力谱模型.利用渤海辽东湾的JZ20-2MUQ平台对锥体冰力谱模型进行了验证.为了降低误差,在结构模型分析中,利用实测平台振动数据确定了平台的综合阻尼系数.利用谱分析方法计算了不同冰厚与冰速下的结构甲板振动响应,并与实测的结果进行了比较.结果表明,计算与实测的结构振动响应吻合的比较好,说明了建立的冰力谱模型具有实用性.     

裂纹扩展寿命模型的对比研究

目前，已提出了许多种随机载荷谱裂纹扩展模型，但还很少有人对这些模型进行对比研究，并对工程应用提出建议。本文使用战斗机综合任务谱，对标准试件，用不同的裂纹扩展模型进行实际测算，并与试验值比较。通过研究得出了一些有益的结论这对实际工程应用十分有益。     

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

Multi-scale Fractured Coal Gas–Solid Coupling Model and Its Applications in Engineering Projects

With coal mining entering the geological environment of “high stress, rich gas, strong adsorption and low permeability,” the difficulty of joint coal and gas extraction clearly augments, the risk of solid–gas coupling dynamic disasters greatly increases, and the underlying mechanisms become more complex. In this paper, based on the characteristics of coal’s multi-scale structure and spatiotemporal variation, the multi-scale fractured coal gas–solid coupling model (MSFM) was built. In this model, the interaction between coal matrix and its fractures and the mechanical characteristics of gas-bearing coal were considered, as well as their coupling relationship. By MATLAB software, the stress–damage–seepage numerical computation programs were developed, which were applied into Comsol Multiphysics to simulate gas flow caused by coal mining. The simulation results showed the spatial variability of coal elastic modulus and cross-flow behaviors of coal seam gas, which were superior to the results of traditional gas–solid coupling model. And the numerical results obtained from MSFM were closer to the measured results in field, while the computation results of traditional model were slightly higher than the measured results. Furthermore, the MSFM in a large scale was verified by field engineering project.     

综放极限平衡区顶煤渗透性的计算模型

基于放顶煤开采中顶煤渗透率对工作面安全生产的重要性, 对煤壁前方极限平衡区内顶煤渗透率的变化规律进行了研究. 应用损伤力学和数理统计方法对顶煤垂直和水平应变进行了研究分析, 并建立了数学模型. 以甲烷气体为渗流体, 应用自制三轴实验机对煤样体积应变与渗透率的关系进行了试验研究, 并利用多项式拟合方法对试验结果进行了分段拟合. 结果表明：根据所建立的顶煤应变计算模型, 可以求出综放顶煤内任意点的体积应变, 且顶煤的水平应变与其距底板的高度无关. 依据试验及拟合所得到的煤体体积应变与渗透率的函数关系, 可以求得顶煤内任意点渗透率. 最后对计算模型进行了实践检验.     

深部高地应力下岩石力学行为研究进展

越来越多的煤矿和金属矿进入深部开采.随着开采深度的增加,一系列工程灾害如岩爆、煤与瓦斯突出、顶板垮落、底板突水等日益严重,且深部开采中巷道与采场的维护理论也与浅部有十分明显的区别.人们认识到这种差别的根源在于岩石所处的赋存环境上的差异,深部与浅部在赋存环境上的差别是所谓``三高''即高地应力、高地温和高孔隙水压,尤其是高地应力条件下岩石表现出十分特殊的力学行为.简要介绍了深部开采现状、深部开采面临的技术难题以及深部岩体所处的高地应力环境,在此基础上,综述了深部高地应力条件下有关岩石力学性质的研究进展,包括高应力条件下岩石的脆-延转化特性、岩石的流变特性、岩石的强度特征、岩石的破坏特征尤其是岩爆等.文章最后指出深部条件下热-水-力耦合模型是一个值得关注的研究方向.      

陕北榆神府矿区地质环境现状及采煤效应影响预测

以我国西部特大型煤田榆神府矿区为例 ,从环境工程地质学角度分析了该区煤炭资源开发中主要的环境工程地质问题 ,并进行了综合地质环境质量现状和采后变化预测评价。研究结果对该区煤炭资源合理开发宏观决策和规划设计有直接指导意义。     

基于连续-非连续单元方法的露天矿三维台阶爆破全过程数值模拟

爆破开采是露天矿采选总成本控制的首要环节,数值模拟是进行露天矿爆破开采优化设计及爆破效果分析的有效手段。利用连续-非连续单元方法(continuum-discontinuum element method,CDEM)对露天矿的三维台阶爆破过程进行了模拟,通过朗道爆炸模型实现了爆炸作用力的精确计算,通过弹性-损伤-断裂本构实现了岩体损伤破裂过程的描述,通过半弹簧-目标面及半棱-目标棱的联合接触算法实现了破碎岩块碰撞、飞散及堆积过程的高效模拟。开展了小尺度单自由面爆破过程的数值模拟,计算给出的块度分布曲线、爆破漏斗体积等参数与文献中模型实验的结果基本一致,证明了CDEM及本文所述各类模型在模拟爆炸破岩方面的精确性。以鞍千矿南采区的露天铁矿爆破开采为研究对象,建立了3排21炮孔的三维台阶爆破概化模型,模拟了从炸药起爆、岩体损伤破裂到最后爆堆形成的全过程;计算结果表明,除后缘拉裂槽外,数值计算给出的爆堆形态、顶部鼓起高度等与现场的测试结果基本一致,证明了利用CDEM开展三维露天台阶爆破全过程模拟的可行性。     

爆炸荷载和地应力耦合作用下煤体裂纹扩展的模型实验研究

为了研究地应力作用下煤体柱状装药预裂爆破裂纹扩展,以Froude比例法为指导,建立煤层预裂爆破的模型实验,并对地应力和爆炸荷载耦合作用下煤体中的裂纹扩展机理进行了研究。该模型描述了在爆炸荷载作用下的宏观破坏现象。研究结果表明:模型实验与现场试验结果基本一致;裂纹主要是由压缩波和卸载波共同作用形成的;地应力对裂纹的发展具有抑制作用;主应力对于拉伸裂纹的发展具有明显的导向作用。     

Real-time nonlinear cylinder wave force reconstruction in stochastic wave field considering second-order wave effects

This study provides a novel method for reconstructing real-time nonlinear wave forces on a large-scale circular cylinder by considering second-order wave effects. Potential theory is utilized for deriving the expression of wave forces with the measured data of wave elevation. Approximate expressions of quadratic transfer functions are built with undetermined coefficients, which are resolved by using the historical data of measured wave elevation. Two different algorithms, including fast Fourier transform (FFT) and recursive least squares (RLS), are adopted for real-time reconstruction. Hydrodynamic tests are conducted in the wave flume on a circular cylinder to examine the effectiveness of the nonlinear reconstruction method. Comparative results demonstrate that the accuracy of real-time reconstructed wave forces is significantly enhanced by the present method. The over-prediction errors at force crests and the under-prediction errors at force troughs have been reduced. Furthermore, comparative results show that the nonlinear method implemented by the FFT algorithm provides more accurate results, whereas the RLS algorithm is more time cost efficient.     

回采工作面周期来压步距的灰色预测

利用灰色系统理论, 将回采工作面周期来压视为灾变, 仿线性GM(1, 1)预测模型建模机理, 本文建立了包括线性模型在内的统一非线性GM(1, 1)预报模型。利用非线性模型特例Verhulst模型和线性模型分别对两个不同矿山条件老顶周期来压步距进行预测, 结果表明, 不同的地质条件将适合不同的预测模型, 不能简单一概用线性模型进行预测。对于地质条件发生灾变的情形可建立激励预测模型对周期来压步距进行预测。     

长江三峡巴东县城区三道沟滑坡成因研究

构造了三维混合层流场用离散涡丝描述的计算模型并进行了数值模拟．给出了流场的涡结构以及不同剪切率、不同扰劝强度下涡结构的特征，得到了流场中的平均速度、动量厚度．由计算被动粒子显示了流场螺旋涡结构的图像．做了相应的流动显示实验研究，所得结果与计算结果非常相近．本研究为了解该流场并由此进行流场控制提供了依据．