定荷载和双面排水条件下非饱和土一维固结的解析解

基于多孔介质弹性理论,结合粒间吸应力表示的有效应力原理,建立了非饱和土固结的耦合偏微分控制方程.考虑一维问题,采用Laplace积分变换,得到了定荷载和双面排水条件下非饱和土固结的解析解答.通过数值算例,分析了土体饱和度对超孔隙水压力、有效应力以及土层沉降的影响规律.结果表明,土体的初始饱和度越高,则孔隙水压力消散得越快,有效应力增加越快.     

煤在瓦斯渗流作用下持续破坏的机制

为了考察煤在瓦斯渗流作用下的破坏及其扩展,我们进行了突出模拟实验,发现破坏以薄片状多层开裂的方式向煤体内部扩展;煤体加速度信号与气体压降信号耦合;当初始瓦斯超压较高时破坏扩展过程随着时间的发展趋于某种稳态,破坏前沿近似以常速v_f传播,破坏片亦具有一定的厚度Δz。进一步分析与实验表明:Δz,v_f,主要是由破裂前沿轴线附近的瓦斯渗流与煤体抗拉强度所决定;Δz与v_f之积与初始瓦斯压力、煤体抗拉强度、渗透系数、孔隙率、气体粘性系数间存在确定的关系,与瓦斯吸附特性和煤型半径几乎无关。上述研究将有助于了解煤和瓦斯突出中破坏扩展的机理。     

多重孔隙介质的有效应力定律

通过对双重孔隙介质有效应力的研究,建立了多重孔隙介质条件下的有效应力定律,发现了有效应力定律的唯一性依赖于孔隙介质本构关系的假设,提出了多重孔隙介质有效应力定律的所有可能形式。     

一维瓦斯突出破碎阵面的恒稳推进

本文发展了一个解释煤与瓦斯突出一维模拟实验中观察到的破坏阵面恒稳推进的理论.与实验结果的比较表明,这个简化理论基本上是妥当的,从定量预报的工程观点看也是足够精确的,由此发现,有关的几何与材料参数可以组成一个表示煤中瓦斯特征渗流速度的参数τ_Mlk/(Aε₀μ).     

考虑应力阻隔和干扰效应的分段多簇压裂诱导应力计算模型

针对水平井分段多簇压裂过程中段内多条裂缝同步扩展的形成特点,考虑裂缝间存在的应力阻隔效应和应力干扰效应,分析了段内各条裂缝诱导应力的影响范围以及其相对于不同位置处的有效净压力,建立了水平井分段多簇压裂段内不同位置处诱导应力计算模型.通过研究得出如下认识:第N段压裂之前段内各点受到的诱导应力为之前各段最后一条裂缝产生的诱导应力的叠加,第N段压裂过程中段内各点受到的诱导应力是与其相邻的裂缝产生的;最小水平地应力方向的诱导应力抵消了一部分缝内净压力,应根据应力阻隔和应力干扰效应以及之前各段压裂诱导应力的分布计算每条裂缝相对于左右两侧地层的有效净压力以及诱导应力.考虑多条裂缝同步扩展时的应力阻隔和应力干扰效应以及有效净压力变化的分段多簇压裂诱导应力计算模型更为符合实际的工况情况,具有较高的精度,能够为水平井分段多簇压裂优化设计提供更为准确的理论指导.     

页岩储层各向异性对水平井坍塌压力的影响

为揭示层理页岩强度各向异性对水平井井壁坍塌压力的影响规律,对取自四川盆地龙马溪组页岩钻井不同层理角度的岩芯,通过岩芯观测、偏光显微镜、扫描电镜试验分别从宏观和微观角度研究了页岩层理特征,并基于单轴抗压强度研究了页岩强度各向异性特征.层理结构发育导致页岩呈现出显著的各向异性特征,粗略地将页岩视为各向同性体及简单采用Mohr-Coulomb准则作为破坏判据,使得预测的维持井壁稳定的坍塌压力不能满足安全钻井的需要.该文在研究层理地层岩石力学特性的基础上,采用横观各向同性地层井周应力分析模型,研究了弹性模量及地应力各向异性比对井周应力的影响;并结合考虑中间主应力的Mogi-Coulomb判据,分析了井壁坍塌压力对弹性模量E和Poisson(泊松)比ν各向异性比值变化的敏感性.实例分析结果表明:弹性模量和水平地应力各向异性比值的变化会对井周应力产生较大影响;Poisson比各向异性对井壁坍塌压力没有明显影响,而弹性模量比值的变化对井壁坍塌压力影响较大;横观各向同性地层中井壁坍塌压力与储层水平和垂直方向的硬脆性强弱关系有关,弹性力学参数各向异性既有可能利于井壁稳定,也可能更易导致井壁的剪切破坏;在实际工程中应根据储层岩石水平和垂直方向的硬脆性强弱关系,确定安全钻井液密度窗口.该结果对现场施工具有很好的指导意义.     

平面应力状态断裂强度的椭圆准则分析

简要分析了近年来提出的一个断裂准则——椭圆准则的基本特征,导出了它在主应力坐标系下的基本方程.根据所导出的基本方程,获得了平面应力条件下椭圆准则理论断裂强度曲线的完整描述关系,并分析讨论了破坏发生的方位及断裂形式与材料本征力学性质参数之间的联系.与既有理论结果及实验现象的对比解释了椭圆准则在材料相关参数确定方面的局限性.当应力状态相关材料特征参数在拉伸区和压缩区均作为常数时,获得了铸铁和混凝土平面应力状态下的断裂强度曲线.与相关实验数据的对比表明,它们在拉伸区能较好地吻合,但压缩区的差异十分显著,进一步证实了材料特征参数随应力状态变化规律对椭圆准则发展的必要性.     

基于改进支持向量机的煤体瓦斯渗透率预测

针对煤体瓦斯渗透率在预测方法上存在计算量大、样本选取量多、智能化程度低等问题,首先分析了瓦斯压力、有效应力、温度变化和抗压强度等4个影响煤体瓦斯渗透率的主要因子,然后根据煤体的力学特性建立了煤体瓦斯渗透率的PSO-SVM预测模型,应用PSO算法优化了支持向量机模型的参数,最后将该模型应用于实际工程中,并将该模型的预测结果与BP模型的预测结果进行比较,结果表明,在样本数据较少的情况下,PSO-SVM模型的预测误差较小,准度更高,能够更好的对煤体瓦斯渗透率进行预测.     

灰色聚类的物元可拓法在煤与瓦斯突出预测中的应用研究

在对地质构造和煤与瓦斯突出关系研究的基础上,应用灰色关联方法对寺河矿煤与瓦斯突出的影响因素进行分析,确定研究区域煤与瓦斯突出的主要控制因素;根据煤与瓦斯突出主控因素分析结果,选取相应的煤与瓦斯突出预测指标,运用可拓聚类方法对这些指标进行综合分析,划分出地质构造带煤与瓦斯突出倾向性等级,进而预测地质构造单元的煤与瓦斯突出危险;应用建立的煤与瓦斯突出预测地质构造指标方法,对寺河矿西区X1301工作面进行煤与瓦斯突出危险性预测,划分出了严重突出危险区.     

内压作用下异径弯管的应力分析

为了对异径管的设计、生产提供理论依据和计算方法,对内压力作用下的异径弯管进行了有限元分析研究。建立了异径弯管的力学模型,计算了异径弯管在内压力作用下的应力,讨论了异径弯管的环向、径向和轴向应力的变化特征,确定了异径弯管的危险部位及其应力变化规律;并对异径比对异径弯管危险点的应力集中的影响情况进行了研究,指出异径弯管危险点的应力随异径比的增大而增加;同时探讨了改善异径弯管应力集中的途径,指出增加异径弯管壁厚是减小应力集中的有效手段。     

矿井煤与瓦斯突出预测的物元模型方法

为了正确预测媒与瓦斯突出的趋势和危险性,根据影响煤与瓦斯突出危险性分类的一些主要因素,应用物元理论建立了煤与瓦斯突出危险性分类与判别模型.给出了煤与瓦斯突出危险性评价的物元关联函数及物元关联度的计算方法;建立了适合可拓学理论的煤与瓦斯突出危险性等级分类标准;采用指标的综合权重,充分利用主观赋权法和客观赋权法各自带来的信息.应用证明此方法适合于煤与瓦斯突出危险性等级的评判和预测.     

长杆弹高速斜穿甲工程计算公式

本文提出了一个实用的高速斜穿甲公式.它是根据本文提出的高速碰撞时应以应力冲量.而不是以应力本身作为破坏参数而导出的.所得公式与大量已有试验数据相符得很好.     

考虑有效孔隙比影响的饱和黏性土中注浆渗透机理

考虑强结合水膜对黏性土渗透特性的影响,依据土体物理特征参数建立有效孔隙比计算公式;修正经典的Kozeny-Carman渗透系数的经验公式,得到适用于黏性土的渗透系数经验计算公式;在此基础上,推导黏性土层中黏度时变性浆液注浆柱面和球面渗透扩散半径和渗透压力的计算公式.通过算例,验证了提出的黏性土渗透系数经验公式的正确性,并对比分析了不同注浆压力、注浆时间条件下是否采用有效孔隙比、是否考虑浆液黏度时变性对浆液扩散半径的影响.计算结果表明:采用天然孔隙比的扩散半径是采用有效孔隙比的扩散半径的约1.5倍,且两者的差距随注浆压力的增大、注浆时间的延长而增大;黏性土的渗透特性必须考虑强结合水膜的影响.     

粘弹层合板的自由振动和横向应力

基于Reddy分层理论并在板厚方向取二次位移插值函数来推导出粘弹层合板的动力学方程,得到了简支粘弹夹层层合板的振动频率,其数值与已知文献数据吻合较好,且能够计算出协调的横向应力.在低频自由振动时,横向剪应力是造成粘弹层合板脱层的主要原因;高频时,横向正应力在脱层破坏中起主要作用.分析了粘弹材料模量对层合板横向应力的影响以及横向应力最大值与面内应力最大值的比值.结果表明所采用的算法、算式及所编写的程序是可靠的.     

考虑不同破坏形式下隧道锚承载力及破坏阶段研究

现有研究多以锚岩接触面出现塑性区域或应力峰值点转移作为达到极限状态的判别标准,但不同工程地质情况会导致隧道锚(TTA)破裂面线形存在较大差异,很难准确推导出隧道锚的极限承载力.为了进一步探求隧道锚在拉拔荷载下的工作过程,得到更加明确的隧道锚极限承载力的表达形式,采用幂指数函数形式表征倒锥形破坏破裂面的线形,基于Mindlin应力解与峰值剪应力控制理论得到界面破坏应力分布形式,推导了界面破坏与倒锥台破坏形式下的承载能力公式;采用国内5座悬索桥隧道锚承载力进行算例验证,同时分析研究了不同参数对隧道锚极限承载力的影响.研究表明：两种破坏形式下,承载力的主要来源为破裂面的黏结力,占总承载力的50%以上,承载力均随着长度与内聚力的增加而线性增加;承载力随着倾斜角的增加而增加,但增长速度减慢,界面破坏形式下出现先增加后减小的现象.对比以往试验以及数值模拟结果,与该文推导结果基本一致,分析公式计算结果和位移增长曲线,发现隧道锚工作过程明显呈现3个阶段,最终破坏形式为界面破坏和倒锥形破坏两种破坏模式的结合.     

正交各向异性圆柱体在轴压作用下的应力场

基于材料体积不可压假设,对轴向压缩作用下圆柱试件在加载面内的环向和径向应力分布进行理论分析,计算结果表明:当试件材料本构为正交各向异性时,环向和径向应力分布为半径的幂函数形式;试件材料为横观各向同性时,环向和径向应力为半径的二次函数.在圆柱试件轴线上环向和径向应力相等,且均具有最大值;试件圆周边界上径向应力为0,环向应力具有极小值.通过最大拉伸应变破坏理论对试件环向应变进行分析,获得了产生环向拉伸破坏时的临界轴向载荷;并采用Hill-蔡强度理论对试件圆周边界上计算得到的应力参量进行描述,得到了轴压作用下圆柱试件的Hill-蔡强度理论表达式,其不仅取决于轴向应力和试件材料的基本力学性能,还与试件轴向变形的应变率及应变率随时间的变化率相关.     

锥形血管入口区域内管壁应力分析

本文对锥形血管入口区域的流动进行了探讨，导出了压力分布、轴向和径向的速度分布以及流场的切应力分布、管壁应力分布等公式，进行了相应的数值算例的研究和分析，还着重讨论了血管锥度角对管壁应力、压力分布等的影响。     

矩形巷道围岩应力分布特征

为得出矩形巷道围岩应力分布特征,根据复变函数理论推导得出了矩形巷道围岩应力解析式并采用巷道围岩沿线分布和matlab软件对巷道围岩应力进行仿真分析两种方法对巷道围岩应力分布特征进行分析.以沿水平线φ=0的围岩应力分布规律为例进行巷道围岩沿线应力分布分析,得出了侧压系数对巷道径向应力和环向应力大小影响规律;侧压系数对径向应力和环向应力峰值出现位置影响规律;围岩至巷道右帮距离与径向应力和环向应力变化规律.以侧压系数对围岩应力空间分布影响为例采用matlab软件对巷道围岩应力仿真分析,得得到了巷道围岩应力空间分布图,可比较方便直观的得到巷道围岩任意位置应力分布情况,还得出了不同巷道尺寸及不同侧压下应力集中系数峰值位置均出现在矩形巷道的四角上.研究结果为巷道支护设计提供了理论依据.     

缝洞型低渗透碳酸盐岩油藏压裂井试井分析

缝洞型碳酸盐岩在我国油气资源储量中占有重要地位,因此,研究缝洞型碳酸盐岩压裂井井底压力变化具有重要意义.基于渗流力学基本原理,建立考虑应力敏感和启动压力梯度影响的碳酸盐岩渗流微分方程,利用点源函数理论、Laplace积分变换和Fourier余弦积分变换等方法求得Laplace空间顶底封闭、侧向无限大外边界点源解,通过对点源积分得到面源解;通过Stehfest数值反演得到实空间井底压力解并绘制试井曲线.通过模型对比分析验证了模型的正确性.结果表明:应力敏感系数越大,压力和压力导数曲线上翘越明显;启动压力梯度越大,压力和压力导数曲线上翘时间越早;压裂井打开程度越小,压力导数球形流特征越明显;窜流系数越大,“凹子”出现的时间越早;弹性储容比越大,“凹子”越宽越深.利用该模型可以有效地对缝洞型低渗透碳酸盐岩油藏压裂井的动态曲线进行分析.     

用有限元结合动态光弹性分析确定动态应力强度因子

本文运用有限元方法结合动态光弹性分析,对动态应力强度因子的计算进行了分析研究.作者在钱伟长教授[1]的基础上,将动态裂尖的奇异性分析解引入有限元计算;并以动态光弹性分析所得的裂纹扩展长度与时间的关系曲线作为定解补充条件,据此建立了有效模拟裂纹扩展的数值模型.通过具体算例证明,本文的方法取得了与实验结果相吻合的效果.