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关键词： 盾构隧道   掌子面稳定性   塑性区   极限支护压力   数值模拟  

摘要： 为了防止盾构输水隧洞施工过程中因支护压力控制不当导致掌子面失稳，以韩江-榕江-练江水系连通后续优化工程为依托，采用FLAC 3D软件建立三维数值模型。针对该盾构输水隧洞穿越的4种典型地层，模拟分析了不同支护压力条件下盾构施工过程中的掌子面稳定性，研究了各工况下掌子面及其前方塑性区的发展规律，并进一步确定了各地层掌子面的极限支护压力下限值。研究结果表明：1）淤泥质土、黏土、泥质中粗砂和泥质粉砂岩4种地层对支护压力变化的敏感度依次降低；2）当支护压力比逐渐减小时，塑性区向掌子面方向发展，且在掌子面失稳时，其前方会出现对数螺线型塑性区；3）对于淤泥质土、黏土和含泥质中粗砂3种地，其极限支护压力比及建议值分别为0.69（建议值为0.90）、0.57（建议值为0.80）、0.41（建议值为0.65）。而对于泥质粉砂岩地层，掌子面具有自稳能力，建议支护压力比为0.6。本文研究成果可为类似工程盾构施工提供参考。

关键词： MatDEM   离散元法   数值模拟   多场耦合   工程应用  

摘要： 离散元法（DEM）能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程，在工程领域具有广泛的应用前景。然而，离散元法在工程应用中面临三大核心挑战：精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题，国产高性能离散元软件MatDEM实现了以下创新突破：基于岩土体跨尺度建模方法与离散元宏微观转换公式，开发了离散元材料自动训练技术，显著降低了精确建模的复杂度；提出了离散元孔隙密度流法，实现了多场、流固耦合与溶质运移一体化数值模拟；采用原创的矩阵离散元计算法，高效处理数百万颗粒的大规模数值模拟。目前，MatDEM已集成前处理、求解、后处理及扩展模块等核心功能，形成了完善的软件生态系统。经过十余年的持续研发与优化，软件已成功应用于地质灾害、岩土工程、矿业工程及油气开采等领域。未来，通过持续深化软件的工程场景适配能力，为我国防灾减灾与工程设计提供强有力的技术支撑。

关键词： 空气阀   水锤防护   分级排气   结构设计   数值模拟  

摘要： 为提高长距离输水的安全性，设计了一种分级排气式空气阀，其结构主要包括阀体、浮体、缓冲板、管轴等，具有分级排气和负压进气的功能，利用空气阀性能检测装置试验与数值模拟相结合的方法，研究了不同孔口尺寸缓冲板的进排气特性，计算了输水工程与该空气阀相应的停泵水锤过程。研究结果表明：空气阀在管道内相对压强0～4kPa大量排气，可减小充水能耗；大于4kPa缓冲板起跳，由大量排气转为高压低速排气，缓冲板孔口尺寸44.5mm时，排气量由大量排气的0.883 kg/s下降为0.097 kg/s，可消减管道水力过渡期间的压力波动；管道运行期间微量排气，排出积存气体避免气阻；管道出现负压，空气阀打开，向管道内快速补气。并绘制出空气阀的进排气性能曲线；对比无空气阀和缓冲板孔口尺寸为44.5、56.5、59.5、62.5 mm的空气阀对管路停泵事故防护时，相对于无防护，不同缓冲板孔口尺寸时，管道最大压力包络线极值，分别下降19.19%、27.8%、29.72%、17.23%，缓冲板孔口尺寸59.5 mm空气阀管道最大压力包络线极值最小。该空气阀可缓解输水管道水锤、负压、气阻等问题，为未来空气阀产品的设计提供了一定的参考。

关键词： 溃坝   扩散模型   土石坝   堰塞湖   防洪堤  

摘要： 现有的溃坝洪水分析模型理论与方法存在诸多缺陷，导致计算结果与实测资料相差甚远，而基于河流动力学原理的溃坝扩散模型理论严谨，计算简捷高效，成果合理。本文应用溃坝扩散模型（DB-D）分析小岗剑上堰塞湖溃决过程以及初始溃口宽度、深度对泄流特性的影响；模拟了洞庭湖溃堤溃口侵蚀下切过程、溃口展宽过程以及溃口流量、流速、水深变化过程线等；以某两座大型堆石坝连溃为例，得到的上下库溃口流量、流速过程线、库水位降落与溃口高程下切过程线、溃口展宽过程线等与实测资料吻合良好，溃口纵剖面、横断面形状变化合理。研究给出应用溃坝扩散模型进行堰塞湖、防洪堤、堆石坝溃决分析时冲刷系数A和展宽系数k的选取方法，为同类工程的防洪抢险应用提供了参考。

关键词： 双流道泵   固液两相流   数值模拟   CFD-DEM  

摘要： 为揭示固液两相流泵内颗粒相与液相的相互作用及颗粒对泵性能的影响，以一台双流道泵为模型，采用Fluent-EDEM双向耦合进行CFD-DEM模拟计算并进行试验验证。通过对比不同颗粒半径、不同颗粒浓度、不同流量工况下的模拟结果，发现颗粒半径对于双流道泵的扬程和效率影响较小，大颗粒半径在泵内的碰撞最稳定，泵内的磨损面积和磨损程度也最小，颗粒的过泵效率最高，相比与小颗粒半径，过泵效率提高了3%～4%。颗粒浓度的增加使得泵的扬程和效率不断降低，过泵效率呈减小趋势，并且显著加剧叶轮以及蜗壳内部的磨损。在不同流量的固液两相流工况下，扬程和效率均比单相水介质工况要低，并且流量越大其降低程度越大，在偏额定流量工况下，颗粒碰撞紊乱，泵内磨损区域也随之变化，过泵效率降低。

关键词： 数值模拟   全断面风幕   降尘效率   多因素试验   参数优化  

摘要： 针对传统通风降尘方法降尘效率低，粉尘扩散区域大等问题，提出一种全断面风幕降尘装置以提高通风降尘效率。采用Fluent仿真软件DPM离散项模型研究了全断面风幕降尘装置与单一风幕降尘装置和长压短抽降尘方式下粉尘分布规律及降尘效率；基于多因素多水平试验分析了多种不同因素不同水平对于全断面风幕降尘装置降尘效率的影响；通过极差分析法结合司机位置与呼吸带不同因素的影响程度，得到了全断面风幕降尘装置最优布置方案。结果表明：通过对比三种通风降尘方法的效果，全断面风幕降尘技术较长压短抽通风除尘和单一风幕除尘对风流场扰动较小，因此，粉尘扩散范围小，能够更有效地将粉尘控制在风幕区域内，司机位置粉尘浓度明显降低，巷道内大部分区域粉尘浓度控制在300 mg/m3以下；正压风筒出风口距迎头17 m、负压风筒直径为1 m、风幕射流速度为19 m/s、风幕位置距迎头4 m、压抽风筒风量压抽比为1∶1.3时，全断面风幕降尘装置降尘效率达到最优，优化后方案与优化前相比粉尘浓度平均值由342.69 mg/m3下降至117.02 mg/m3，最大值由736.41 mg/m3下降至294.69 mg/m3，降尘效率平均提升65.85%，距迎头25 m处粉尘浓度由246.38 mg/m3下降至39.97mg/m3，降尘效率高达83.78%。最优化方案现场实测数据与数值模拟相吻合，可以显著降低工作面粉尘浓度，减少粉尘逸散。最优化布置方式对于全断面风幕降尘技术现场实施具有重要意义。

关键词： 冲击式水轮机   喷射机构   多相流   数值模拟   磨损  

摘要： 冲击式水轮机在开发高水头水力资源方面具有重要的应用前景。在运行过程中，水流所携带的颗粒会对喷射机构造成磨损，从而破坏喷射机构的结构，降低射流质量，导致效率下降。然而，喷射机构的颗粒磨损规律尚不清晰。本文采用数值模拟的方式探究不同直径和浓度的颗粒对喷射机构磨损机理的影响。考虑水和颗粒之间的相互作用，采用Volume Of Fluid（VOF）模型和离散相模型（DPM）模拟空气-水-颗粒的运动，并使用Generic磨损模型预测磨损位置和磨损程度。通过分析颗粒的运动轨迹和运动特征，揭示了喷射机构的磨损特性。结果表明，涡流导致导流体和喷针下游出现速度亏损现象，水流对颗粒的影响显著，由于离心力和惯性力的作用，大颗粒的运动轨迹更易偏离喷针轴线。小颗粒具有较大的撞击速度，从而引起更严重的磨损程度；大颗粒具有更多的撞击次数和更大的撞击角度，进而导致更大的磨损范围。预测的磨损结果与文献中测量的磨损结果非常吻合，证明了三维多相流模拟方法的有效性。

关键词： 爆炸冲击波   加油车罐体   毁伤   数值模拟   爆距  

摘要： 为研究越野加油车罐体结构在爆炸载荷下的损伤特征，通过有限元软件LS-DYNA构建了罐体-空气-炸药的数值模型，分析了冲击波对罐体的作用过程，以及不同爆距下罐体结构的响应情况。表明罐体的薄弱区域主要位于防波板与筒体的连接处，且纵向防波板更易发生变形。罐体保持结构完整性且不发生永久损伤的临界爆距是2.03 m。研究可为罐体的设计和加固提供科学依据。

关键词： 裂隙介质   开度非均质性   数值模拟   裂隙溶蚀   有效反应速率  

摘要： 岩体裂隙的物理非均质性对裂隙反应溶蚀过程具有重要影响。然而，裂隙微尺度特征的难以表征，以及溶蚀过程的复杂性和多样性，使裂隙开度非均质性对溶蚀机制影响的研究仍面临制约，难以深入展开。基于多组分传输反应模型，以灰岩裂隙为研究对象，通过模拟酸性流体通入粗糙裂隙的溶蚀过程，探究开度非均质性和不同流体流速作用下的裂隙渗流-溶蚀机制。研究表明：开度非均质性对裂隙局部流速和局部反应速率空间演化分布具有控制作用，开度非均质性大的裂隙易产生滞留区阻碍流体流动，但其整体溶蚀速率大于较均质的裂隙的整体溶蚀速率；裂隙局部流速差异性演化中，存在一个流速值使裂隙局部流速差异性达到最大；裂隙溶蚀过程中存在多种复杂的演化规律，如低流速条件下裂隙溶质传输反应中存在随机离散性，以及高流速条件下平流传输对溶蚀过程的主导性；通过无量纲参数DaⅠ分析，显示出裂隙在开度非均质性影响下，差异性溶蚀过程演化间转换存在一个转折点，以此建立了几何平均流速与有效溶蚀速率之间的线性函数关系。该研究成果为阐释野外尺度裂隙介质中反应速率演化机制提供了数据支撑与理论依据。

关键词： 气相爆轰波   反射   胞格结构   马赫反射   数值模拟  

摘要： 为探究气相介质中冲击波及爆轰波传播与毁伤过程中所呈现的折射行为，使用耦合两步化学反应模型的二维反应欧拉方程，结合有限体积法和自适应网格编制相关的计算程序，研究激波和爆轰波在气体温度斜界面处的折射过程。通过理论分析和数值模拟研究对激波在温度界面的折射过程开展研究，给出透射激波速度和波后状态随界面温度幅值的变化规律，得到激波折射过程的典型波系结构。以激波研究为基础，进一步研究爆轰波在温度斜界面上的折射现象，通过数值纹影和烟膜技术分析胞格爆轰波的波面演化过程。研究结果表明，激波折射进入低温气体时在界面处形成马赫杆和斜激波，进入高温气体时形成双三波点结构和前凸波面；胞格爆轰波折射进入低温气体时在界面处形成倾斜波面，进入高温气体时形成前凸波面和退化的双三波点结构，胞格爆轰波的传播表现出明显的时空演化特征。