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关键词： 层状千枚岩隧道   蠕变特性   变形特征   数值模拟  

摘要： 为研究层状千枚岩横观各向同性蠕变特性对隧道衬砌结构变形特征的影响,采用单轴压缩蠕变试验,分析了不同层理倾角千枚岩的蠕变特性,基于现有黏弹塑性损伤蠕变模型,构建了千枚岩横观各向同性蠕变损伤本构模型。将蠕变损伤本构模型嵌入FLAC 3D数值模型分析了不同层理倾角隧道围岩及支护结构的变形特征。结果表明:随着层理倾角增大,层状千枚岩稳定蠕变阶段的累积蠕变变形和蠕变时间呈先减后增的趋势;当层理倾角为0°时,围岩最大水平位移出现在拱脚处,呈近似对称变形特征;当层理倾角为22.5°、45°和67.5°时,随着层理倾角增大,围岩最大水平位移位置逐渐偏离左右侧壁,且偏离方向平行或垂直于层理面;围岩竖向蠕变变形与层理倾角方向基本一致,且在围岩上方沿层理倾角方向有沉降趋势,下方则出现隆起趋势;当层理倾角为90°时,围岩最大水平位移在拱脚处达到最大值,约为77 mm;围岩竖向最大沉降和隆起位置分别位于拱顶和仰拱处,为184 mm和159 mm,且围岩及支护结构变形呈现出明显的横观各向同性特征。

关键词： 最小安全覆岩厚度   TBM(隧道掘进机)   压力拱   数值模拟  

摘要： 采用TBM(隧道掘进机)在硬岩中掘进需要一定的安全覆岩厚度以保持围岩自稳,但安全覆岩厚度过大会增加隧道设计总长度,造成造价上升。因此,研究TBM掘进硬岩隧道最小安全覆岩厚度具有重大工程意义。依托穗莞深城际铁路西乡站—宝安站双模盾构隧道工程案例,通过数值模拟研究不同围岩等级参数下最小安全覆岩厚度的变化规律。结果表明:当采用拱顶位移法模拟时,如果隧道围岩等级为Ⅱ级或Ⅲ级,软土厚度为隧道直径的0~3倍,那么最小安全覆岩厚度则为隧道直径的0.2~1.2倍。当采用压力拱法模拟时,如果覆岩等级为,Ⅱ级或Ⅲ级,软土厚度为隧道直径的1~3倍,最小覆岩厚度与埋深的比值随着硬岩厚度增加呈现先增大后减小趋势,比值最大为0.39;覆岩等级为Ⅳ级、软土厚度为隧道直径的1~3倍时,最小覆岩厚度与埋深比值始终随着硬岩厚度增加而减小,比值最大为0.42。研究结论可为TBM安全掘进硬岩隧道提供工程指导。

关键词： 边坡工程   震后降雨   非饱和入渗   位移   稳定性  

摘要： 地震和降雨是引发滑坡灾害的两个重要因素,而地震又容易引起气体云快速迁移和扩张,从而引发降雨。为了研究震后降雨作用对边坡稳定性的影响规律,通过FLAC3D软件建立粉质黏土边坡计算模型,模拟0.1 g、0.2 g和0.3 g汶川卧龙台地震作用和震后小雨、中雨、大雨三种降雨工况。通过边坡坡顶、坡腰和坡脚三个监测点的位移时程反映震后降雨作用对边坡稳定性的影响规律。计算结果表明,在震后降雨过程中,随着降雨时间的增长,边坡坡顶、坡腰和坡脚三个位置位移增长率不同,坡顶位移增长率高于坡腰和坡脚,当降雨时间持续到某一时刻,坡顶位移会超过其他位置。根据计算结果,通过SPSS逐步回归建立边坡坡脚位移方程并进行检验,该方程能够较好地反映边坡位移及主要影响因素之间的量化关系,为评价震后降雨作用的粉质黏土边坡稳定性提供依据。

关键词： 气膜冷却   数值模拟   网格   异型孔   吹风比  

摘要： 使用自研节点型非结构计算流体力学软件AENS对气膜冷却进行数值模拟研究。针对边界层网格、近孔区网格对气膜冷却仿真的精度影响及不同吹风比下异型孔气膜的冷却效率差异,选用标准单孔气膜冷却模型,在不同吹风比下对不同边界层网格、近孔区网格及圆柱孔、扇形孔和簸箕孔3种孔型的气膜冷却效率进行对比研究。研究结果表明:第一层网格高度对计算结果的影响不显著;近孔区网格在吹风比较低的工况下对计算结果影响较大,近孔区使用O型网格块嵌套O型网格块的方法生成的网格计算效果更好;吹风比较大的工况下,扇形孔和簸箕孔与圆柱孔相比对近孔区的气膜冷却性能提升更为显著。对GE-E3高压涡轮带气膜导叶模型展开计算,证明自研软件具备计算带复杂冷却结构的工程算例的能力,验证了自研软件的实用性和准确性。

关键词： 地下矿山   采场参数优化   数值模拟   博弈论   组合赋权  

摘要： 合理的采场结构参数是矿山安全生产的重要保证。基于博弈论理论,创新性地提出了一套同时考虑层次分析法(AHP)和CRITIC法的优化地下矿山采场结构参数的组合赋权法(A&C)。通过FLAC3D模拟计算某钨矿山8组采场结构参数方案并赋权值,建立了组合隶属度矩阵,在综合分析各方案采场的应力、位移、塑性区、回采率等指标的基础上综合优越度排序得到最佳采场结构参数优化方案。研究表明该方法能够合理优化地下矿山采场结构参数,对同类矿山具有一定的指导意义。

关键词： 隔爆层   冲击波衰减特性   数值模拟   隔板厚度  

摘要： 为了研究隔爆层对冲击波衰减特性的影响规律,采用Autodyn软件对40 mm口径的战斗部进行模拟,建立了不同材料隔爆层和炸药组成的有限元模型。通过数值仿真发现:以橡胶和聚氨酯等非金属材料组成的隔爆层要好于由硬铝和钢等金属材料组成的隔爆层;在非金属材料中橡胶的冲击波压力衰减效果最佳。使用橡胶作为隔爆层的材料,进一步研究隔爆层厚度对冲击波衰减的影响。对于40 mm口径的战斗部来说,隔爆层厚度的可选范围在2 mm~10 mm之内。

关键词： 电磁成形   驱动成形   钛板   变形   形貌调控  

摘要： 电磁驱动成形技术是一种利用脉冲电磁力作用使高电导率驱动板发生运动,进而推动低电导率板件发生塑性变形的特种成形工艺,能够有效弥补传统电磁成形在成形低电导率材料时的不足。然而现有电磁驱动成形中驱动板同样发生塑性变形,无法得到重复利用,导致生产成本高,并且成形后形貌难以调控。为此,该文以TA2钛板为研究对象,提出一种利用铜环驱动钛板发生塑性变形的成形方法。数值模拟与实验结果表明,在单次放电下(7 kV),直径80 mm的金属铜环可驱动钛板发生塑性变形,成形高度达14 mm。同时,实心铜环并没有发生变形,可重复利用。此外,通过改变铜环尺寸和形状,可以灵活调节板件的成形形貌。当圆形驱动环的直径分别为65、80和95 mm时,在板件顶部可观察到直径分别为58、72和87 mm的均匀变形区域,与环的形状高度吻合。在此基础上,结合数值方法进一步研究了板件的动态变形过程,揭示了铜环驱动下钛板的变形行为与成形机理。相关研究成果对于推动电磁驱动成形技术发展和深度应用具有重要现实意义。

关键词： 堤防   渗流稳定性   防渗墙   渗透系数   数值模拟  

摘要： 防渗墙是堤防提高防渗能力的普遍措施,其对堤防渗流量以及稳定性有着重要影响,研究防渗墙渗透系数对堤防稳定的影响对解决工程问题具有重要意义。文章以正南洼抽排水渠枸杞圩段堤防断面为例,构建有限元数值模拟模型,分析了无防渗墙以及不同渗透系数防渗墙影响下的堤防渗流稳定性及边坡稳定性。结果表明,设置合理渗透系数的防渗墙能够有效提高堤防渗流稳定性,渗透系数过大不利于堤防稳定,过小则在提高成本的同时,提高防渗效果的作用较小,一般其取值为1×10-6~1×10-7cm/s时较为经济合理。此外,与对渗流稳定性的影响相比,防渗墙对堤防抗滑稳定作用较小,工程上较难通过设置防渗墙来提高边坡抗滑稳定性。

关键词： 稳定性分析   地震荷载   露天矿山排土场   边坡   数值模拟  

摘要： 使用数值模拟方法,分别在地震等级为6级、7级和8级的条件下建立白马排土场边坡稳定性分析模型。基于坡体位移特征及安全系数时程曲线等指标的考察,评估地震荷载白马排土场边坡稳定性的影响。结果表明,随着地震等级的增加,坡体位移显著增加,最大位移发生在坡顶和坡脚处。尽管安全系数在地震等级增大时出现波动并有所下降,但即使在最高地震等级下(8级),安全系数仍高于最低设计标准。研究结果可以为露天矿山排土场边坡抗震设计提供参考。

关键词： 水合物储层   井眼坍塌   敏感性分析   钻井液优化   数值模拟  

摘要： 南海神狐海域天然气水合物储量丰富,胶结性和成岩性却极差,钻井过程极易发生井眼失稳坍塌,影响后续钻采作业安全。基于ABAQUS(一种有限元分析软件)模拟平台构建了流-固-热-化多物理场数学模型,探究了钻井液温度、密度、矿化度及水合物饱和度等因素对井眼坍塌失稳的影响规律和机理,提出了安全钻井液温度、密度和矿化度窗口确定方法,给出了不同井眼稳定性要求下的钻井液温度、密度和矿化度推荐图版。研究发现:钻井液温度和矿化度的提高,以及密度的降低,都会使井眼扩大率显著增大,严重影响钻井过程中井眼稳定性的维持;随着水合物饱和度的变小及地应力差异水平的变大,钻井过程中井眼扩大率会显著变大,井眼稳定性状况变差;钻井作业中井眼稳定性要求的提高会使安全钻井液温度、密度和矿化度窗口变窄,不利于钻井工程设计和优化。