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关键词： 围岩控制   切顶卸压   数值模拟  

摘要： 煤柱保留策略是煤矿开采中一种历史悠久的巷道保护方法,但针对厚煤层的应用却日益凸显出资源高效利用方面的局限性与经济成本上的沉重负担。为了解决上述问题,通过UDEC(Universal Distinct Element Code,通用离散单元法程序)对岩层进行数值模拟,分析了不同切顶高度和角度对垂直应力以及顶板下沉量的影响,选定了切顶高度为20.5 m、切顶角度为5°的实验结论,并通过留巷围岩松动圈测试、留巷围岩变形量的监测验证了该方案的合理性。

关键词： 曲线隧道   极高烈度   矢跨比   地震响应   数值模拟  

摘要： 依托跑马山隧道极高烈度以及其曲线段平面线形复杂的特点,提出矢跨比(α)的概念对其进行分类,并采用数值模拟方法建立不同矢跨比曲线隧道在地震作用下的数值模型,研究曲线隧道在极高烈度地震区的地震响应.结果表明:与直线隧道相比,曲线隧道在地震作用下的相对变形具有明显区段性,按照变形增长快慢,可以将其分为增长段(0~300 m、900~1200 m)和平稳段(300~900 m).其中增长段相对变形增长快,且x方向水平相对变形(ΔU_(x))较大,而平稳段相对变形几乎不变,但是y方向水平相对变形(ΔU_(y))较大.曲线隧道在增长段的相对变形速率和塑性应变随着矢跨比的增大而增大,其中相对变形速率、塑性应变的最大增长幅度分别达到14倍、3倍,同时平稳段与增长段的加速度差值也增大.综合考虑不同矢跨比曲线隧道相对变形、塑性应变以及加速度响应的变化规律,α=0.1,0.2的曲线隧道的地震响应与直线隧道更为接近,而α=0.3,0.4的曲线隧道的地震响应更具曲线特性,因此在进行抗震设计时需要重点考虑.

关键词： 钨极氩弧焊   钛合金   数值模拟   等效残余应力   焊接缺陷   温度场  

摘要： 【目的】旨在探究钨极惰性气体保护焊(Tungsten inert gas arc welding,TIG)焊接Ti-6Al-4V钛合金过程中热输入对等效残余应力的影响。【方法】选用3 mm厚Ti-6Al-4V钛合金作为研究对象,进行焊接过程模拟仿真,预测不同参数下模型等效残余应力分布。【结果】结果表明,3 mm厚Ti-6Al-4V模型焊后等效残余应力大小与焊接热输入成正比关系。模型横向等效残余应力最大值位于焊缝区及近焊缝区,并沿两侧逐渐递减。纵向等效残余应力呈现中部大、两端小的“山峰”状分布。选取不同参数下所得模型的焊缝视图切片表明,横向应力集中于中部及两端。同时,切片分析中可发现,部分焊接参数下焊缝剖面位置出现特殊异常斑点,其类似一种由于焊接热输入过大引起的焊接缺陷。【结论】通过选用双椭球模型作为热源,并通过添加生死单元实现焊缝区域填充,使得等效残余应力预测精度均达到85%以上,可为实际焊接优化提供有效思路。

关键词： 深水钻井   开路钻井   井喷   羽流   数值模拟   风险防控  

摘要： 深水开路钻井钻遇浅层气发生井喷后存在流体运动规律不清晰的问题。为此,首先采用Mixture多相模型模拟井喷后流体的流动过程,考虑海水温度、压力分布特性,建立了包含海域与钻井井筒的深水开路钻井井喷模型,并与VDROP-J浅水井喷羽流模型对比验证了模型的准确性;然后,结合中国南海的地质特征与流体物性,利用所建模型分析了井喷后羽流的形成演化规律:井喷流体喷出井口后会经历湍流喷射、卷吸弯曲、对流扩散等阶段,最终形成底部狭窄、顶部宽阔的羽流,运移过程中井喷流体与海水接触形成天然气水合物,并在一定高度因环境压力和温度变化而分解;最后,基于多工况井喷羽流模拟结果,采用无量纲数分析结果建立了井喷羽流风险定量评估模型,根据井喷羽流危害分级系数,将井喷羽流风险划分为6个等级,制定了相应的风险评估图版,并基于安全屏障原理,从预防、减缓与控制3个层面构建了深水开路钻井井喷防控方法。研究表明,利用所建模型可预测井喷羽流的运动范围,评估井喷羽流的安全风险,为深水开路钻井井喷后制定应对措施提供科学依据,有助于提升深水钻井作业的安全性和可靠性。

关键词： 大跨隧道   支护参数   优化   数值模拟   钢架间距   钢架型号  

摘要： 针对目前大跨隧道设计与施工中支护参数选用偏于保守的问题,依托驻马场隧道,采用三维数值计算的方法,深入研究不同初期支护钢架间距及型号对隧道支护结构变形及受力的影响,并提出了优化的支护参数。研究结果表明:①当钢架间距增大或钢架型号弱化时,围岩产生的变形量更大,初期支护受力不断减小,而初期支护变形量和二次衬砌主应力均不断增大。②建议现场钢架间距不超过0.8 m。钢架型号不弱于I22b。③现场采用优化的支护参数施工后钢拱架最大压应力达到148.3 MPa,具有较高的安全性。优化后的施工参数有利于缩短工期并降低施工成本。

关键词： 倾斜厚煤层   综放工作面   过空巷   围岩控制   数值模拟  

摘要： 倾斜厚煤层综合机械化放顶煤回采工作面过空巷由于倾角的存在相比于水平煤层的岩层运动和矿压显现更加频繁,片帮、冒顶和压架等难题更加突出。针对该难题,以南岔煤业1213-1综放工作面过空巷为工程背景,综合采用理论分析、力学计算、数值模拟和工业试验的方法,研究倾斜厚煤层综放工作面过空巷围岩破坏机理以及围岩应力和变形变化规律,并对比分析木垛支护和超高水材料充填2种方法的控制效果。结果表明:(1)通过支架载荷与基本顶来压作用、工作面与空巷不同位置处基本顶弯矩2组综放工作面过空巷力学模型以及倾斜厚煤层综放工作面1213-1过空巷三维数值计算模型,揭示了围岩破坏主要影响因素为工作面和空巷间的煤柱宽度和空巷的倾角,工作面倾斜方向的不同位置随工作面回采,垂直应力变化程度变大,并且距离空巷越远,采动条件下空巷附近的垂直应力变化程度越低,而当回采综放工作面距离空巷较近时,垂直应力变化程度越剧烈,易产生应力集中现象导致围岩发生大变形;(2)基于FLAC^(3D)数值软件得出超高水材料充填空巷后,有效提高了空巷围岩整体强度,降低了空巷区域应力集中,且大幅减少了空巷顶板变形量;木垛支护空巷效果不明显,垂直应力和变形量与空巷无支护时整体差别较小;(3)工业现场试验对比可知,木垛支护方案支护效果差,巷道变形严重,且局部倾角大的区域木垛倾倒,顶板岩煤体漏顶;超高水材料充填方案可较密实地支撑顶板,增强了空巷围岩承载能力,有效控制了围岩变形,能够保障综放工作面过空巷的安全稳定性。

关键词： 离层注浆   地表沉陷控制   数值模拟   “三下”压煤  

摘要： 针对我国煤矿开采中面临的“三下”压煤问题,文章以常村煤矿2311工作面为例,深入研究了离层注浆技术在控制地表沉陷中的应用及效果。通过向采动覆岩离层空间注入粉煤灰等注浆材料,形成人工充填体,有效支撑上覆岩层,减少地表沉陷。研究优化了注浆参数,建立了离层注浆减沉力学模型,并采用离散元数值计算软件UDEC进行数值模拟,成功模拟了工作面开采过程中上覆岩层的垮落形态、裂隙发育及离层变化。结果表明,离层注浆技术能够显著减少地表沉陷,保护地表建筑物和铁路专线的安全。注浆参数的优化设计和数值模拟的验证为离层注浆技术的应用提供了理论依据和技术支持。

关键词： 双层水闸   过流能力   结构计算   沿海地区  

摘要： 以天津沿海地区围填海造陆工程边界水系联通换水涵闸设计为例,从过流能力、结构内力及投资方面对双层水闸与单层水闸进行计算及比较,结果表明采用双层闸室可在一定程度上解决闸前泥沙淤积问题,且不会减小过流量,反而会使过流量略有增加;可以改善箱涵受力条件,减少箱涵配筋,加强箱涵垂直水流向的横向刚度,减小地基的不均匀沉降和闸室的结构变形,且造价增加对工程总投资影响很小。双层水闸在沿海地区或其他易淤积河道、软土地基中应用具有一定优势,可为类似工程提供参考。

关键词： 地铁隧道   竖井爆破设计   数值模拟   大型建筑物  

摘要： 为有效控制城市地铁隧道侧穿建筑物时爆破施工对周围建筑物的扰动,结合现场环境和爆破器材,对青岛地铁5号线劲松七路站~国信体育馆站区间浅埋隧道竖井爆破方案进行了优化设计,并采用数值软件Midas GTS建立了三维模型,对建筑物桩基最大振速进行预测,同时对地表建筑物的爆破振动进行了实时监测。研究表明:通过优化爆破参数后进行数值模拟计算对比,将国信体育馆施工区间爆破振速控制在了规范要求的范围内,满足了现场施工安全和进度要求,可以为类似爆破施工提供参考。

关键词： 瓦斯抽排井   双塞浮力法   大口径套管   椭圆度   屈曲分析  

摘要： 煤矿瓦斯抽排井采用双塞浮力法下放大口径套管时,若套管椭圆度过大,在外部泥浆压力作用下易发生瘪管从而造成巨大经济损失,探究椭圆度对套管强度和稳定性影响至关重要。为此,本研究首先计算双塞浮力法下管参数,分析套管危险截面;然后建立有限元模型,采用静力学方法分析套管应力状态及变形随椭圆度变化规律;最后通过特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,计算不同椭圆度大口径套管发生弹性失稳破坏时的挤毁强度。结果表明,当套管椭圆度从0%增加到1%时,其弹性挤毁强度降低26.8%,椭圆度小于1%的套管在安全系数取1.5时均满足弹性强度要求和稳定性要求,研究成果以期为瓦斯抽排孔套管下放参数设计提供一定的参考。