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关键词： 河道工程   基坑设计   时空效应   地铁保护   数值模拟   HSS  

摘要： 为经济有效地减小河道基坑施工对邻近地铁结构产生的不利影响,以宁波软土地区邻近地铁的河道基坑工程为背景,通过三维有限元软件模拟基坑开挖过程,定量研究与地铁不同交汇型式的基坑开挖下地铁结构位移响应,探讨考虑时空效应和水利工程施工特点的专项基坑加固方案。结果表明:地铁出入口结构各向位移与开挖深度、施工荷载呈非线性正相关;基坑与下卧盾构垂直时,桩基支护、分块开挖并在开挖点施加配重,基坑与下卧盾构平行时,采用纵向围堰分段带水开挖,均能有效改善由于上方水压力、土压力减小引起的体系受力失衡,进而降低盾构结构位移。

关键词： 倾斜桩   水平承载特性   现场试验   数值模拟  

摘要： 为深入研究倾斜桩在软土地基中的水平承载特性,在天津软土地基开展倾斜桩水平承载试验,并利用ABAQUS数值软件深入分析倾斜桩的受力变形特性。研究结果表明:负斜桩的水平承载性能优于正斜桩,负斜桩的水平承载能力与倾角成正比,正斜桩则相反;水平荷载作用下,倾斜桩桩身位移的主要发生区域为(0~12)d(d为桩径)范围,桩身弯矩和轴力极值点皆位于距桩顶约(6~8)d范围,与正斜桩相比,负斜桩的承载性能受倾角变化的影响更明显;负斜桩侧摩阻力合力方向与正斜桩相反,所产生的正摩阻力利于桩身承载性能发挥。

关键词： 巨厚煤层   裂隙扩展   “两带”高度   相似模拟   数值模拟  

摘要： 为探索深埋巨厚煤层地质条件下覆岩裂隙发育及“两带”发育特征,以准东二矿为工程背景,采用数值模拟和物理相似模拟相结合的研究方法,揭示巨厚煤层综放工作面覆岩裂隙演化规律及扩展机理,并以此为依据确定“两带”的发育高度。结果表明,覆岩裂隙场呈梯形分布,垮落带内裂隙相互贯通、交叉形成复杂裂隙网络,裂隙带内侧以竖向裂隙为主;局部拉应力集中导致接触断裂萌生微裂隙,随着工作面推进距离增加,微裂隙逐渐扩展并相互贯通。相似模拟结果表明,覆岩裂隙发育呈现随开采空间增大逐渐向高层位发育趋势,在走向方向裂隙呈现“萌生-张开-增大-减小-闭合”的演变过程;相似模拟和数值模拟得到垮落带最大高度分别为92 m和96 m,裂隙带均发育至地表,两种研究方法所得“两带”发育规律基本一致。

关键词： 计算流体力学   微反应器   Villermaux-Dushman反应   微观混合性能   离集指数  

摘要： 为分析微反应器微观混合过程中的内部信息,采用计算流体力学(CFD)方法,选用层流-有限速率模型对T形圆管、T形方管和Y形方管微反应器的微观混合过程进行了数值模拟,模拟结果与文献中的试验数据基本吻合,说明所选用CFD模型的准确性和可靠性良好。分析了Villermaux-Dushman反应体系中流体在上述3种微反应器中的流动状态和速度分布、H^(+)和I_(2)分布情况及其离集指数(X_(S))的分布规律,从而评估微反应器的微观混合性能。结果表明:3种微反应器中的流体流动均为层流态;在T形圆管微反应器中,H^(+)被快速完全消耗;在T形方管和Y形方管微反应器中,H+始终存在;3种微反应器的X_(S)均较小,表现出优良的微观混合性能。

关键词： 深埋洞室   围岩劣化   弹塑性   跨孔声波测试  

摘要： 洞室开挖会导致围岩刚度和强度参数劣化,而深埋洞室开挖过程中围岩参数劣化规律尚不明确。为此,通过对木寨岭隧道围岩的跨孔声波测试,揭示洞室开挖过程中参数劣化的空间分布规律,同时建立考虑围压和塑性应变影响的围岩参数劣化模型(CSS模型)并应用到该工程数值模拟中。结果表明:洞室开挖过程中围岩波速下降,可推断出围岩参数发生劣化;采用CSS模型能更好地反映出这种参数劣化现象;围岩参数劣化的空间分布规律可分区表示,越靠近洞壁,参数劣化程度越高,塑性区之外区域,在围压足够大的情况下会出现参数强化的情况。

关键词： 地表堆载   盾构隧道   精细化建模   数值模拟   安全限值  

摘要： 地表堆载是地下盾构隧道管片破损、接缝张开和错台等病害的主要诱因之一,这些病害对盾构隧道的安全运行构成了严峻挑战。以往的研究往往集中于某一特定堆载方式,且在分析时未能充分考虑管片接头间的力学特性。基于此,文章利用ABAQUS有限元软件,构建了一个包含管片、螺栓和土层的多尺度精细化三维有限元模型。该模型充分考虑了隧道管片和螺栓的材料非线性特性,以及隧道管片与土体之间的复杂相互作用。通过对足尺管片加载模型试验进行模拟分析,首先验证了所采用的隧道管片模型的准确性和可靠性。随后,利用所建立的三维精细化模型,开展了不同堆载荷载大小及其形式(包括中心堆载、半偏心堆载和偏心堆载)对地下管片结构的数值模拟分析,结果表明:(1)地表堆载作用下盾构隧道纵向沉降变形呈现非连续性和非均匀性,其中地表堆载范围内隧道的沉降量较大,在堆载的边缘处隧道错台量和张开量较大;(2)综合分析了不同堆载形式下盾构隧道结构变形、张开量及错台量之间的关系,得到了盾构隧道管片张开量与结构变形及收敛率之间的关系。研究结果及所提出的相关公式可为工程施工提供参考。

关键词： 复合顶板   切顶卸压   数值模拟   围岩控制   分区支护  

摘要： 为解决沿空掘巷存在大量煤柱损失、影响采掘接替等问题,同时防止回采过程中巷道产生严重变形,决定采用切顶卸压和综合支护方案对巷道围岩进行有效控制。针对2号煤层21206综采工作面复合顶板,采用理论分析和FLAC^(3D)数值模拟方法,确定了切顶卸压参数,其切顶角度为15°,切顶深度为9 m;将沿空巷道划分为超前支护区、滞后临时支护区和成巷稳定区,并采取不同的支护形式。综合支护方案实施,沿空留巷60 d内顶板下沉量最大值降低49.3%;两帮移近量最大值降低57.3%;工作面多回收煤炭15.6万t,并节省1条长度为1710 m的掘进巷道,并节省施工工期6个月,具有显著的经济效益。

关键词： 路径规划   污染物分布   数值模拟  

摘要： 道路空气污染物对行人的健康有重要影响,数值模拟作为可以快速准确模拟室外风环境的方法,能有效地评价街道的空气污染物分布情况。利用数值模拟软件与反向传播(Back Propagation, BP)神经网络,预测道路污染物浓度分布,并将空气污染物浓度转换为道路上的障碍物,使用快速扩展随机树(Rapidly Exploring Random Tree, RRT)算法为行人规划低风险路径。结果表明:汽车排放污染物、背景浓度以及植被对空气污染物浓度有显著影响,汽车污染物排放每增加30.25μg/m~3,街道间空气污染物浓度就会增加20~30μg/m~3;结合模拟仿真、BP神经网络和RRT算法,提供了一条行人最优路径规划的合理建议。

关键词： 炭质板岩   软弱夹层   力学特性   数值模拟   参数敏感度  

摘要： 为探究软弱夹层对炭质板岩抗拉力学特性的影响,对含有不同倾斜角度软弱夹层的炭质板岩进行巴西拉伸强度试验,分别研究软弱夹层及其倾角对炭质板岩抗拉强度、荷载-位移曲线以及破坏形态的影响规律,并采用ABAQUS有限元软件建立内聚力模型进行数值模拟分析。研究结果表明:不同软弱夹层倾角炭质板岩的抗拉强度表现出明显各向异性,随着软弱夹层倾角的增大,抗拉强度先减小后增大,大致呈“U型”分布;不同软弱夹层倾角炭质板岩在劈裂过程中,其轴向负荷随位移的演化过程呈现压密、似弹性、破坏3个阶段;不同软弱夹层倾角炭质板岩的破坏形态分为拉裂破坏、剪切破坏以及拉裂-剪切破坏3种;利用内聚力模型对不同软弱夹层倾角炭质板岩巴西拉伸强度试验进行数值模拟,模型的破坏形态与力学性态均与试验吻合良好,且对内聚力单元参数均敏感。

关键词： 微波等离子体   MPCVD   金刚石膜   数值模拟  

摘要： 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置能够非常高效地产出高质量的金刚石薄膜,由于波长和腔体结构的限制,传统2.45 GHz MPCVD装置所沉积出的薄膜面积直径通常维持在50~70 mm之间。以增大金刚石膜沉积面积为目标,通过对微波电场进行仿真分析,优化设计腔体尺寸,并对电子密度和温度的分布特性进行数值模拟,以保证等离子体能够均匀分布于沉积片上,将沉积直径扩增至90 mm。模拟结果表明,当腔内微波源功率为6 000 W,压力为14.7 kPa时,沉积片上可以产生电子密度和温度分别为1.76×10^(18) m^(-3)和4.7×10^(4) K的高密度且均匀的等离子体。