软弱风化薄基岩赋存特征及其采动覆岩破坏规律

从矿区软弱风化薄基岩的赋存特征、赋存规律及矿区上覆水体类型和水文地质条件入手进行分析,结合相似材料模型模拟试验,获得了研究区薄基岩下开采覆岩破坏的基本规律及“三带”的发育特征.对薄基岩下采煤厚度3 m时的垮落带及导水裂隙带发育高度进行计算,计算结果分别为11.5m和42 m.根据地质采矿条件利用离散元数值模拟对薄基岩开采上覆岩层矿压运动规律进行了研究,结果表明,基岩较薄条件下,老顶来压断裂步距小,工作面前方支承压力分布范围为12 m,支承压力峰值点在工作面前方4～12m内,小于厚基岩工作面,但工作面矿压显现明显;对不同煤层采厚情况下垮落带的高度与导水裂缝带的发育程度进行确定;为煤层安全开采提供定量判据,为防治水工作提出相应的措施.     

基于海底隧道衬砌孔隙水压力的涌水量预测方法及工程应用

为获取海底隧道的环向涌水量,以海底隧道衬砌背后孔隙水压力分布为主线,在达西定律的基础上推导了与孔隙水压力相关的涌水量预测公式,公式与隧道尺寸、隧道初衬渗透系数相关,充分考虑了支护结构外缘水压力的影响,进而得到隧道洞内各处涌水量值,将涌水量计算值与现场测量值进行对比,进一步验证了公式的准确性.研究结果表明,隧道开挖时渗流场影响范围集中在隧道主洞左右各3倍洞径内,主要影响范围集中在洞周2倍洞径内.隧道开挖瞬间,洞周渗流场呈漏斗状分布,直至隧道开挖贯通.围岩性质越差,其隧道衬砌背后孔隙水压力越大,仰拱处孔隙水压力普遍大于拱顶,最大孔隙水压力一般出现在边墙与仰拱交界处.通过编译涌水量预测公式,得到隧道的涌水量,并将其与隧道现场实际情况对比,证实了公式的准确性.该涌水量预测方法为海底隧道现场施工提供了理论支撑.     

基于最小二乘-分步解耦的泄渗漏带与隧道围岩渗流参数方法

鸡冠山隧道施工期渗涌水病害与降雨强度、上覆天坑洼地地貌密切相关,确定隧道围岩渗透参数是估计隧道涌水量与防排水设计的关键.通过电阻率法和地质雷达探测法查明隧道上覆岩溶溶腔分布状态,并结合工程地质条件构建上覆天坑降雨入渗饱和达西渗流地质模型,然后采用基于最小二乘-分步耦合优化方法的岩溶隧道围岩渗流参数反演法,以3个涌水事件的涌水量、涌水速率、涌水与降雨关联时间、天坑积水水头为反演边界条件,关联性解耦下泄渗漏带与隧道围岩渗流规律,最终分步优化确定出下泄渗漏带和隧道围岩的渗流参数.结果 表明:下泄渗漏带和隧道围岩的综合渗透系数分别为2.4×10-3cm/s和3.2×10-4cm/s,该成果可为降雨条件下鸡冠山岩溶天坑段隧道涌水量估计与防排水设计提供重要计算依据.     

黄河北煤田薄煤层采场上覆岩层纵向分带发育规律

针对黄河北煤田赵官煤矿大水高瓦斯厚冲积层薄基岩复杂开采条件,本文通过理论分析、数值模拟方法对赵官煤矿综采工作面采场上覆岩层纵向分带发育规律和其结构形态进行了研究,得到了采场上覆岩层纵向运动破坏规律及其结构形态,即在采动应力作用下,采场上覆岩层开始呈现较平的"枕型"结构形态,随着采场支承压力不断增加,采动破坏岩层逐渐演化为"拱型"结构形态,当工作面推采距离达到工作面长度时,采场上覆破坏岩层在工作面纵向上扩展到最高处,此后随着工作面的不断推进,断裂拱高保持不变,而拱脚不断向前方扩展,呈现出"平顶拱型"结构形态;同时通过理论计算和现场实测对比分析,得到了采场上覆岩层冒落带、裂隙带分布范围,即冒落带高度为2.4m,裂隙带为19.1 m,裂采比为15.3,为矿井采场顶板控制、支架选型和瓦斯抽采参数确定提供了科学依据,对实现薄煤层综采安全高产高效的具有意义。     

厚土层浅埋煤层保水开采模拟

在分析以榆树湾煤矿为代表的厚土层浅埋煤层的地质资料的基础上,采用岩石破裂过程的分析软件RFPA进行数值模拟.得出了冒落带高度为31m,裂隙带带高度为90m,弯曲下沉带为35m左右,研究结果表明:该矿的上覆岩层的采动变化与常规矿相似,并没有出现浅埋煤层的上覆岩层"三带合一"的现象;通过经验公式计算的导水裂隙带高度为70～100m,裂隙带并未沟通含水层,研究结论厚土层浅埋煤层可以达到保水采煤的目的.     

综放面覆岩运动“时-空-强”演化规律分析

综放面覆岩运动是制约安全开采的关键问题之一。以新疆大南湖一矿1303综放工作面开采为工程背景,基于对工作面覆岩运动"横三区"与"竖三带"经典理论的理解,将区块链式演化思想应用于综放覆岩运动数值模型构建与链式演化过程精细计算,构建开采扰动区覆岩物理与数值计算模型,并将其植入三维有限差分计算FLAC~(3D)程序,揭示综放面覆岩运动"时间-空间-强度"链式演化与失稳破坏规律。结果表明:大南湖一矿综放面覆岩垮落带与裂隙带分别约为16.8 m与115 m.具有承载性的岩层受到外力破坏,均会出现应力集中;岩层垮落根据承载层和开挖尺寸不同,出现"分离-协同"运动现象,应力呈现"集中-分离-集中"规律,重合后的应力演化集中,造成工作面强矿压作用,这对现场安全开采提供了科学指导作用。     

采动岩体瓦斯渗流规律研究

为了实现瓦斯的高效抽放,解决煤与瓦斯的安全共采问题,采用相似模拟试验和岩石破裂分析系统(RFPA2D)数值计算方法,研究受采动影响的上覆岩层裂隙发育规律和瓦斯渗流规律。结果表明,随着开采工作面推进,顶板出现周期性垮落,老顶垮落步距约为12m,其顶板破断角度约为50°,工作面和切眼上方裂隙发育基本对称,覆岩下沉曲线整体呈左右对称碗状;在卸压带内,煤体膨胀变形生成的大量次生裂隙,增加了煤体的渗透性,覆岩横向离层裂隙和竖向破断裂隙的动态发育变化,为实现煤与瓦斯的共采创造条件。为进一步理解采动影响下煤与瓦斯共采提供了理论基础和科学依据。     

某煤矿导水裂隙带发育高度计算

某煤矿北翼充填采区地层以奥陶系灰岩作为含煤地层基岩,其上覆岩层中第四系孔隙承压强含水层全区发育,研究充填开采后导水裂隙带发育高度对实现安全开采具有重要意义。本文以等效采高为基础,利用理论计算、数值模拟、相似材料模拟3种方法对某煤矿导水裂隙带发育高度进行预测,得出导水裂隙带高度分别为12.72,12.50,14.28 m。结果表明:3种预测方法相比较具有良好的吻合性,对某矿井的水体下安全开采实际工程实践提供了重要的理论依据。     

许疃矿3234工作面“两带”高度数值模拟研究

为了准确划分许疃矿顶板"两带"的高度,基于现场监测和数值模拟的方法,采用FLAC3D软件,研究了3234工作面上覆煤岩层裂隙发育规律,并通过现场实测和规程计算对数值模拟分析结果进行了验证。研究结果表明:规程计算、现场实测和数值模拟得出的冒落带高度分别为8.3m,8-8.5m,8.1m,裂隙带高度分别为39.3m,32.5m,29-32.1m;上覆岩层呈现典型的"凸"型破坏特征;现场监测、规程计算与数值模拟的顶板"两带"发育高度基本吻合。     

隧道涌水量的预测方法及影响因素研究

隧道涌水量关系到作用于衬砌结构的水压力和周边生态环境的安全,是隧道防排水设计的重要参考指标.在总结隧道涌水量预测的3种主要方法:理论解析法、经验公式法和数值分析法的基础上,讨论了围岩渗透系数、洞室尺寸、地下水位高度、衬砌渗透性、注浆圈渗透性及厚度、隧道含水层厚度,以及洞室形状等因素对隧道涌水量的影响,比较分析了各种隧道涌水量预测方法的差异,并重点指出了各种理论解析方法的局限性和适用条件.研究结果表明,隧道涌水量随围岩渗透系数的增大线性增大,随地下水位高度的升高存在一个先减小后增大的过程;注浆圈参数存在一个经济合理值;同样的开挖面积条件下圆形隧道的涌水量最小.     

平面多边形变形复制算法

提出了一种将已知变形序列的变形特征应用到新多边形上,从而得到新的变形序列的变形复制方法,得到的新的变形序列和已知变形序列保持相同的变形特征。试验结果表明,算法在复制变形特征的同时,还很好地保持了原有多边形的细节,其结果自然合理,实现了平面多边形变形的复制。     

矫直残留应力对矫直机能耗的影响

本文提出用弹性变形能与弹复变形能的差值来确定残留变形能的方法。分析结果表明:矫直过程中残留变形能可以定量计算,计算中残留变形耗能可以忽略不计,从而在理论上解决了残留变形能的计算问题,为矫直机的设计提供了科学依据。     

岩石高边坡岩体变形测量分析研究

对龙滩水电站左岸蠕变岩石滑坡体变形及其主要影响因子变化情况进行了测量,测量项目包括地下水位、深部岩体水平变形、岩体分层变形和坡面表面测点水平位移．对测量结果进行分析表明,蠕变体B区岩体主要变形发生在570m高程附近,并受地下水位影响明显;大坝蓄水时,对蠕变体稳定不利．     

铝合金导线拉拔成型几何模具的优化

铝合金导线拉拔成型塑性变形大,数学模型复杂,集几何非线性、边界非线性、材料非线性于一体。为提高拉拔质量,将基于刚塑性有限元法,对拉拔模具的入口半角α进行仿真优化。在保证拉拔过程中应力达到最小、拉拔道次和各截面缩减率一定的情况下,获得最优几何半角α。实例证明,成型后的铝合金导线性能良好。     

轧制织构的计算机模拟

分析了金属轧制变形的模拟过程,提出了新的形变模型(PC模型)。PC模型修正了多晶体内各晶粒变形时的切变边界条件,允许各种切变在变形过程中部分存在,从而使模拟更接近实际晶体变形过程。与多晶铝轧制织构的比较表明,PC模型能更好地表达轧制过程中面心立方金属各晶粒取向,在取向空间内的流动倾向及最终稳定位置。     

铝合金变形抗力的实验研究

采用恒应变速率凸轮式形变压缩试验机试验了四种铝合金材料的变形抗力 ,分析了应变率和应变速率对变形抗力的影响 ,结果表明随应变的增加 ,变形抗力以近似幂函数关系增加 ,在此基础上建立了简单、适用的变形抗力计算模型     

变形路径对金属塑性损伤的影响

在复杂应力状态下延性金属材料的塑性损伤依赖于加载路径．作者基于伊留辛塑性理论并考虑加载路径的影响，建立了塑性损伤演化方程；并用该方程分析了单调拉-扭加载下金属的塑性损伤．分析结果与实验结果相比较，在破坏应变方面是一致的．     

FCC金属滑移形变冷轧织构模拟

采用Taylor 模型和 Van Houtte 算法模拟了 FCC 金属冷轧织构。模拟中以{111}<110>滑移为微观形变机制,并采用等面积分割形式表示理想无规初始条件。模拟结果与铜和铝的实测冷轧织构符合良好。     

航空整体结构件加工变形的在线测量方法

整体结构件的变形测量是保证其质量的重要手段,但结构件的尺寸大,通常为薄壁结构,往往存在较为严重的变形问题,而传统的测量仪器和测量手段无法准确测量其变形。为了解决整体结构件的变形测量问题,本文提出了结构件的在线测量方法。将结构件划分为若干个区域,每个区域可视为薄板结构,推导出薄板在典型变形下的变形函数,进行仿真验证变形函数的准确性,从而得到整体结构件的变形函数和评价方法,提出整体结构件的在线测量方法。传统测量方法只能在加工后进行变形测量,本文提出的方法可以在工序间进行测量,提高结构件的质量。     

ROPS/FOPS弹塑性变形计算方法的研究

ROPS/FOPS(Roll Over Protective Structure/Falling Object Protect Structure)是加装在工程车辆驾驶室外的一种装置 ,其主要功能是在车辆发生滚翻与受落物冲击时有效地保护司机的生命安全。本文推导了弹性、弹塑性阶段 ROPS/FOPS变形的计算公式 ,编制了相应的计算机程序 ,计算了 TY32 0马力推土机的 ROPS/FOPS弹塑性变形量。