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关键词： 含水砂层   幂律流体   浆-水置换效应   渗透扩散   数值模拟  

摘要： 目前针对含水砂层工矿企业大多采用注浆手段进行改造加固,而针对砂层层位准确注浆、固结改造松散含水层,是目前深井厚松散层注浆改造的关键难点。基于此,提出了浆-水置换概念,推导了考虑浆-水置换效应的幂律流体渗流扩散方程,结合试验建立并验证了浆水置换效应下的幂律流体球形渗透注浆扩散机制;通过COMSOL建立了浆-水置换效应下的幂律流体渗透注浆扩散三维数值模型,分析了幂律浆液在含水砂层中的渗流扩散特征,通过分析孔隙率、浆水孔间距、注浆压力对含水砂层体积的影响,得出了影响含水砂层体积的关键因素:注浆压力>浆水孔间距>砂层孔隙率。浆-水置换注浆可以解决高承压水下含水砂层中注浆扩散范围较小、注浆效果差等问题。

关键词： 隧道工程   聚能爆破   数值模拟   装药结构   LS_DYNA  

摘要： 为改善使用钻爆法掘进隧道过程中的爆破效果,减少“超欠挖”现象,本文基于数值模拟,探究了聚能药包的爆破效果与周边眼的装药结构。通过LS_DYNA有限元分析软件针对常规爆破、切缝聚能药包爆破和异形聚能药包爆破进行数值模拟对比分析得出最优爆破方法,并调整周边眼炮孔间距得出炮眼的最佳布置。研究结果表明:与常规爆破相比,聚能爆破可显著提高爆破效果;与切缝药包聚能爆破相比,异形药包聚能爆破的聚能效果更好,光面爆破效果更佳。建议在隧道周边眼采用异形药包聚能装药结构;周边眼的炮孔间距定位80 cm,可取得较好的爆破效果与经济效益。研究结果可为光面爆破周边眼设计提供指导,提高爆破效果。

关键词： 闸门启闭机   失电自启   备用发电机   控制系统  

摘要： 为进一步提高闸门启闭机失电自启备用发电机控制系统的反应能力,文章针对电网断电导致闸门无法正常运行的问题进行优化设计。通过实时监测电源状态的方式,让系统能够在电网失电时自动启动备用发电机,确保闸门的持续运行,并赋予系统发电机自动化管理功能,使其集成负载调节和多重电气保护措施。测试结果表明,该系统能够在7.6~8.0s内完成从失电到恢复供电的切换,相较于传统系统大幅提升了响应速度与稳定性。

关键词： 地下   输水   管涵   地表渗水   数值模拟  

摘要： 城市大型地下输水管涵运行期,地表渗水问题引起各方关注。以某城市大型地下输水管涵地面渗水为背景,针对工程地质和水文地质条件,进行地表渗水数值模拟分析研究。选取典型断面,通过设置衬砌不同的渗透系数来反映管涵的不同渗漏程度,进而分析对地表渗水的影响。结果表明:衬砌的渗漏越严重,衬砌孔压消散越小,衬砌顶部土体孔压增加越明显,地表孔压随之增大;在衬砌渗透系数达到1 m/d,长期渗流作用下地表有点状水出漏;对比现场地下水监测资料,与模拟值比较接近。研究成果对于类似城市大型地下输水管涵设计与运行具有借鉴和参考价值。

关键词： 深埋隧道   非定常Bingham模型   数值模拟   软岩流变   埋深  

摘要： 深埋隧道软岩流变现象比较明显,严重时容易导致隧道衬砌结构破坏,影响工程的安全性和耐久性.为了探明深埋隧道软岩流变的流变规律,防止岩石流变导致的结构损伤,本文基于非定常Bingham流变本构,建立了深埋隧道流变三维数值模型,结合监测数据对模型进行了验证.最后,研究了径向深度、埋深以及侧向力系数对隧道围岩流变的影响规律.研究结果表明:围岩变形随着时间的增大逐渐增大,但是增大速度逐渐减小,最终趋于稳定,且围岩流变变形越大,达到稳定用时越长.此外,施工完成后的15天时间是流变快速发展时期.通过对比各位置变形发现拱顶变形最大,拱脚次之,拱肩最小,且距离洞周开挖面越远,围岩受隧道的影响越小.各位置处流变随着埋深的增大线性增大,实际施工中对于埋深较大的断面需要着重进行安全性校核与监测.当侧向力系数大于1.4时,隧道最不利位置由拱顶转移到拱脚处,实际施工中应加强拱脚处的安全监控,为实际工程施工与设计提供参考.

关键词： 采矿工程   煤矿地下采空区   露天转地下开采   边坡破坏   底摩擦试验   数值模拟  

摘要： 地下采空区引起上覆岩层移动与应力场变化,诱发边坡岩体性能劣化,极易造成边坡滑坡等灾害事故。运用底摩擦试验与数值模拟手段,对不同地下采空区条件下采场-边坡系统的破坏过程进行对比,在此基础上分析煤矿采空区沉陷影响下边坡的破坏模式与力学机制。研究结果表明:(1)地下采空区沉陷对边坡的影响主要表现在降低边坡岩体的完整性和强度、改变边坡岩层倾角、导致坡面张拉效应增强并产生开裂、改变边坡的几何形态等方面。(2)采空区上覆岩层的破断机制为重力作用下岩层向地下采空区产生的逐层弯曲和垮塌,破断岩层的破裂面形态在深部以采空区中心线为对称轴呈雁列式发育,在浅部则受边坡影响与边坡后部张拉裂缝贯通发育。(3)地下采空区诱发上覆边坡破坏机制分为挤压型和牵引型2种,挤压型边坡破坏通常发生在采空区沉陷下部边坡,变形破坏过程分为地下采空区上覆岩层垮塌、沉陷挤压和边坡滑移等阶段;牵引型边坡破坏通常发生在采空区沉陷上部边坡,变形破坏过程分为地下采空区上覆岩层垮塌、牵引拉裂和边坡滑动破坏等阶段。(4)地质结构对采空区上覆边坡的失稳和破坏过程有显著影响,当边坡岩层为顺倾产状时,破断岩层两侧的破裂面形态会向顺坡方向发生偏转,采空区垮塌沉陷诱发的边坡变形破坏范围较大;当岩层为反倾斜产状时,相同位置和埋深的采空区对边坡的位移影响明显变小。研究成果可为采煤沉陷区边坡灾害识别与露天转地下开采安全防范提供借鉴。

关键词： 迎风块中心差分   IMPEC   质量守恒   单相多组分   多孔介质渗流  

摘要： 单相多组分渗流问题在油气藏、地下水污染等广泛存在,对其进行数值模拟研究具有重要的意义.本文针对传统IMPEC(隐式压力显式摩尔密度)方法存在对所有组分不遵循质量守恒问题,采用一种对每一组分质量守恒的保物理性IMPEC方法进行时间离散,迎风块中心有限差分方法对压力方程、达西方程和组分方程空间离散.本文在合理的假设条件下,对所构造的所有组分保质量守恒的特性以及摩尔密度分别进行了严格的证明.最后,本文通过单相多组分渗流问题进行数值模拟,验证所算法的有效性.

关键词： CO_(2)地质封存   莺-琼盆地   适宜性评价   数值模拟   封存潜力评价   咸水层  

摘要： 二氧化碳(CO_(2))过量排放造成全球气候多变,进而引发一系列生态环境问题,作为减少CO_(2)排放的关键技术,碳捕集、利用和封存(CCUS)在实现CO_(2)大规模减排中发挥重要作用。中国近海盆地咸水层CO_(2)封存项目的应用前景广阔,封存潜力巨大。针对莺-琼盆地咸水层CO_(2)封存有利层系和封存潜力认识不清等问题,基于莺-琼盆地的地质特征,通过计算指标组成权重和适宜性得分对莺-琼盆地开展了CO_(2)地质封存适宜性评价。此外,结合数值模拟方法计算的不同层系CO_(2)有效封存系数,采用不同的封存潜力计算方法,对莺-琼盆地咸水层的CO_(2)封存潜力进行了评价。结果表明,欧盟(EC)方法计算的CO_(2)_封存容量要略小于美国能源部(USDOE)和碳收集领导人论坛(CSLF)方法得出的封存容量。由于CSLF方法考虑了构造封存、残余气封存和溶解封存等封存机制,其结果更符合实际情况。综上所述,莺歌海盆地和琼东南盆地咸水层的CO_(2)封存潜力分别为7.96×10^(10)和4.40×10^(10)t,莺-琼盆地咸水层总的CO_(2)封存潜力为1.24×10^(11)t,进一步验证了莺-琼盆地咸水层CO_(2)封存工业规模试点和示范项目的巨大潜力,为开展莺-琼盆地咸水层CO_(2)地质封存场地选址提供了依据。

关键词： 长距离输水渠   水闸   运行管理   安全评价   安全论证  

摘要： 针对长距离渠道上数量多、流量小、分布散、功能差异显著的水闸系统管理和安全评价方法,总结了京密引水渠和潮河总干渠上115座小流量水闸管理实践经验,采用基于水闸功能和运行状况、分类开展安全评价与安全论证的管理与评价方法,排查了水闸的安全性。结果表明,115座水闸总体安全,70座运行中的水闸,一、二类闸占比50%,三类闸占比47.1%;45座长期关闭的水闸原灌溉功能已丧失且不具备运行条件,封堵水闸既可降低渠道堤防结构和渗流安全隐患,又可减少运行管理投入。研究成果可为长距离渠道上小流量水闸管理提供参考。

关键词： 基坑施工   高透水性土层   浅埋隧道   三维有限元分析   围护结构变形   降水影响   数值模拟  

摘要： 文中以南通某邻近地铁隧道的敞开式基坑工程为研究对象,针对高透水性土层中大规模基坑开挖对浅埋隧道结构变形的影响展开分析。基于MIDAS GTS NX软件建立包含基坑、围护结构及地铁隧道的三维有限元模型,重点研究基坑降水、分坑开挖对围护结构侧向变形及邻近隧道位移的规律。研究表明:高透水性土层中,基坑降水是诱发隧道变形的主导因素,南区降水后隧道最大竖向沉降达3.69mm,水平位移为3.19mm;分坑开挖可显著控制围护结构侧向变形,南侧PCMW围护的最大变形量为24.35mm,处于安全范围内;基坑施工完成后停止降水,隧道变形呈现部分恢复趋势,剩余竖向沉降与水平位移分别为1.46和1.30mm。