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关键词： 重非水相液体   电阻率成像   饱和砂土   数值模拟  

摘要： 在三维砂箱中进行了饱和多孔介质中重非水相液体(DNAPL)的污染实验,并利用电阻率成像法(ERT)进行了同步的动态监测,获得DNAPL污染物空间分布的电阻率变化值图像,再根据砂箱实验建立数值模拟模型,与ERT测得的电阻率结果进行对比验证.结果表明:在不同空间上由数值模拟得到DNAPL污染物分布区域与ERT监测圈定的DNAPL污染物分布区域范围直径相对误差的绝对值为2.00%~27.50%.在不同时间点上由数值模拟得到DNAPL污染物分布区域与ERT监测圈定的DNAPL污染物分布区域范围直径相对误差的绝对值为2.7%~40.58%.结果说明了Petrasim程序预测三维饱和砂土中DNAPL污染分布范围的可行性.

关键词： 隧道洞口   路基施工   数值模拟   边坡稳定性   支护安全  

摘要： 在山区隧道洞口和半填半挖路基施工中,浅埋偏压、边坡失稳和隧道变形等问题突出。因此,为寻找适合围岩性质较差的偏压隧道合理工法,以贵州省黔东南苗族侗族自治州黎平县下八里隧道黎平端为对象,利用MIDAS GTS软件建立了全断面法、两台阶法、CD法和CRD法4种二维施工模型,分析了半填半挖路基与隧道洞口施工中的边坡稳定性、围岩变形和支护结构的安全性,从而选择合理的施工方法。研究结果表明:初始边坡稳定性系数为3.85,路基施工会降低边坡的稳定性,但不影响潜在滑动面的位置;隧道施工中,CD法边坡稳定性系数最大(1.47),围岩变形最小(10.4 mm),因此建议采用CD法;CD法施工中,支护结构应力均小于材料强度,施工安全,且隧道位移实测数据与数值模拟结果基本吻合,所以在施工过程中需重点关注隧道的拱顶变形。该研究成果可为隧道洞口施工中的边坡稳定与隧道安全提供依据,并为类似工程提供参考。

关键词： 胀管   数值模拟   胀度   蒸汽管回转干燥机  

摘要： 在蒸汽管干燥机的稳定运行中,换热管和管板之间的胀接方式尤为重要,在GB/T 151-2014《热交换器》中,对于换热管的胀管部分,所列管径尺寸主要集中在10mm~57mm之间,并规定换热管材料的硬度应低于管板的硬度。在一些特殊情况下,管板和换热管会采用相同材料,且换热管外径尺寸也会出现远超57mm的情况。本文主要针对较大管径且与管板为同种材料的换热管进行模拟分析,确定其合适的胀度范围,为实际机械胀接工艺提供参考,减少实际工程的试验次数。

关键词： 冷凝结霜   数理模型   数值模拟   液滴凝固   枝晶生长   倒融再生  

摘要： 结霜是日常生活与工业生产中常见的低温物理现象,且往往产生负面影响。结霜模拟技术不仅有助于深入理解结霜过程,还可为防/除霜技术的发展提供理论指导,降低或避免能源、航天、交通、电力、冷藏等领域因霜导致的潜在危害。为充分理解结霜这一非均匀、变密度、移动边界、连续相变的复杂传热传质与流动耦合过程,分别基于低温表面冷凝结霜过程中液滴冷凝、凝固凸起、虚霜生长、霜层成熟四阶段及霜冻气候的既有模型研究成果进行梳理分析。结果表明:液滴冷凝阶段,既有模型对液滴粒径、成核速率等指标的模拟精度可达80%以上;凝固凸起阶段,冻结锋面高度、冻结时长等参数的模拟精度可达85.3%;虚霜生长与霜层成熟阶段,霜层厚度、霜层密度等指标的模拟精度可达82%以上;霜冻气候模拟与预测的准确率最高则可达88.4%。既有结霜模拟技术依原理差异可分为基于物理学和数学的数理模型、基于计算流体力学和数值方法的数值模拟和基于统计学和机器学习的数据分析模型3种,其中,数据分析模型类结霜模型多用于霜层生长阶段,因该阶段在结霜全周期中占时长、预测参数多且精度高而具最大发展潜力。低温表面冷凝结霜全过程中,液滴成核过程模拟因尺度小、变化快、影响因素多且处于枝晶生长前期而难度大,霜层生长中后期的枝晶周期性倒融再生过程因霜层内部微孔隙结构变化剧烈、精密测量时因物理遮挡无法观察而亦属当下挑战。本文结论为复杂场景下结/除/防/控霜等涉霜涉冰基础研究及技术开发等提供了参考与借鉴。

关键词： 红层软岩   自稳时效   数值模拟   围岩临时自稳类别  

摘要： 为了研究鄂北地区红层软岩围岩变形特征,依托鄂北水资源配置工程,结合隧洞工程开挖揭示及施工情况,通过数值模拟分析了其变形规律。研究表明:红层软岩岩体临时自稳性受水岩软化作用影响显著,亦受岩体结构面完整程度影响也较大。对此,文章提出红层软岩隧洞开挖后围岩自稳工程地质分类标准,并给出相应的开挖与初期支护类别等工程设计建议,保证了隧洞工程按期顺利贯通,可供类似工程参考。

关键词： 深基坑   支护   FLAC3D   数值模拟   开挖  

摘要： 深基坑工程开挖的安全问题一直是工程人员关注的焦点,其施工过程中受许多因素影响,包括地质构造、环境、施工管控等,合理的支护和开挖方式是保证基坑施工安全的关键。文章采用有限元软件FLAC3D对某深基坑开挖过程进行数值模拟,分析基坑开挖过程中的变形、应力分析,最后利用FLAC3D自带的强度折减法对开挖后的基坑进行稳定性计算。结果表明:基坑开挖过程中应该注意连续墙中、顶部的水平位移,避免造成周围土体产生附加沉降;基坑开挖过程中应注意连续墙应力的变化,现场应加大监测频率,做好相关的应急措施。经计算分析,该基坑开挖安全系数为1.60,表明该深基坑的支护和开挖方案可行。

关键词： 切顶卸压   沿空留巷   综放工作面   数值模拟   切顶留巷技术  

摘要： 为提高煤炭采出率,保持巷道稳定,文章以正利矿4-105回风顺槽为研究对象,综合运用理论推导、数值建模与工程实测等多元研究方法,系统探究切顶卸压沿空留巷作用机制,重点针对顶板岩层结构演化规律、定向切缝参数优化设计、支护-切顶协同控制体系构建等核心问题开展研究,形成一套适合综放工作面的切顶留巷技术,现场应用结果表明,留巷效果较好。

关键词： 聚能射流   数值模拟   煤层增透   地应力   相似模拟  

摘要： 随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性,分析了聚能爆破载荷侵蚀煤体的作用机制;随后通过在实验室开展了不同埋深下聚能爆破和普通爆破的相似模拟对比试验,从宏观裂纹、应变情况以及超声波数据3个方面分析不同埋深下聚能爆破和普通爆破对煤层裂纹扩展的影响;其次通过数值模拟软件研究不同埋深下聚能爆炸载荷对煤体损伤分布特征情况;最后通过现场试验研究普通爆破和不同埋深下聚能爆破对瓦斯浓度和瓦斯抽采纯量的影响。爆破相似模拟试验结果表明:深部地应力会抑制爆破载荷对煤体的致裂范围,并且普通爆破受地应力的影响比聚能爆破更大;相对比于普通爆破,聚能药包在深部煤体爆破增透时致裂范围更广,在聚能方向上1号测点最大压应变峰值是普通爆破的1.35倍,而非聚能方向上3号测点最大压应变峰值为普通爆破的86%,这也导致裂纹优先向聚能方向扩展,在非聚能方向扩展较少,爆破定向效果更佳。数值模拟结果表明:随着埋深的增加,聚能爆破侵彻煤体的范围会变小;拟合了埋深与聚能爆破致裂煤体范围关系式,能在一定程度上为深部矿井聚能爆破致裂煤体范围作为判断依据。现场试验结果表明:深孔聚能爆破比普通深孔爆破能够更大程度增加瓦斯抽采。而埋深对深孔聚能爆破致裂范围有一定的影响,因此在深部矿井中采用聚能爆破时应考虑地应力的影响。研究成果对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透有一定的参考意义。

关键词： 小能量冲击   波纹界面钛/钢复合板   损伤分析   数值模拟   内聚力单元  

摘要： 为了明晰在冲击载荷下钛/钢波纹复合板及界面的动态响应、损伤情况以及失效模式,使用空气炮对钛/钢波纹复合板开展小能量(53 J)冲击试验,在验证数值计算模型有效的基础上,开展了多种速度冲击复合板数值仿真,研究多种能量下复合板及其界面的冲击力学响应。结果表明,在小能量冲击条件下,波纹复合板正面出现塑性扩孔破坏,背板产生隆起且在隆起处有裂纹;波纹界面层结合紧密、整体下凹;将靶板沿冲击中心切开观察,截面没有出现裂纹、分层开裂等损伤,这与纤维增强复合材料层合板不同,当冲击表面出现目视勉强可见损伤后一般内部会有明显分层;在数值模拟中波纹复合板在冲击下的内聚力界面损伤区域少于平面界面复合板;小能量冲击时波纹板对子弹动能的吸收主要以整体变形吸能为主,波纹界面钛/钢复合板损伤较小;在多种能量冲击下波纹界面复合板相较于平面界面复合板界面结合更紧密,结构完整性更好,更不容易被破坏。

关键词： 碾压混凝土重力坝   溃坝   HEC-RAS   洪水演进  

摘要： 探明碾压混凝土坝的溃决原因及机理可为科学防灾减灾提供理论依据。基于2024年5月2日巴西某碾压混凝土重力坝溃决实例,结合现场资料与以往混凝土重力坝溃决案例,揭示该大坝的溃决原因与致灾机理。建立溃坝洪水的二维水动力模型,计算不同工况下溃坝洪水演进过程并评价下游致灾风险程度。研究成果可为类似碾压混凝土重力坝的溃坝机理与风险评估提供科学参考,同时有利于水库大坝制定有效的防灾应急措施,提高应急处置能力。