软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围,以珠海杧州隧道为工程背景,采用有限元建模分析,研究了端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果,以端头中心点水平位移为控制目标,得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径,略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明,当纵向加固长度超过盾构机长度后,横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低;如以地表最大沉降为控制值,软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度,该结果与理论计算值接近,而略小于工程经验值。     

变质岩裂缝段地球物理响应特征分析与裂缝预测

潜山油藏中裂缝发育是证明其高储油、高产油的重要标志,可靠地识别和预测潜山裂缝发育段是实现该类油藏有效勘探和开发的关键。首先对井点裂缝进行岩性成分与裂缝特征分析,认为呈浅色矿物的岩性中由于脆性成分含量高,岩石易破碎,裂缝更易发育;在井曲线上,双侧向曲线和声波时差曲线是对裂缝响应较为敏感的常规曲线;并结合地震反射剖面及实际油气井产量,发现在裂缝发育区地震反射呈错乱断续特征且其区域井产能较高,进一步总结出裂缝-地震反射-产能之间的关系;在裂缝检测方面,通过提取对裂缝敏感的地震属性,从单一属性证明了裂缝检测的可行性,再利用敏感的裂缝属性进行多属性融合裂缝预测,综合预测该区在东胜堡和法哈牛构造带、静安堡裂缝最发育,其次为边台、平安堡、静北、前进构造带,而安福屯和曹台构造带裂缝相对欠发育。基于点-线-面逐步推进分析的原则,总结了大民屯地区裂缝段地球物理响应特征,为该区裂缝预测提供依据,进一步指导变质岩潜山油藏勘探开发工作和井位部署。     

纳林河深埋矿区水文地球化学垂向综合特征

为了区分蒙陕深埋矿区煤系地层及其顶板各含水层之间的水文地球化学特征差异,利用无机组分、环境同位素和有机组分开展了水质综合研究,结果表明：由于蒙陕深埋矿区位于毛乌素沙漠,地表被风积沙覆盖,具有极好的降水入渗能力,地表水和第四系水中矿化度<500mg/L,阳离子以Ca2+为主,阴离子以HCO3-为主,属于HCO3-Ca·Mg型水;白垩系志丹群与第四系呈不整合接触,整体上构成了一个统一的含水综合体,使志丹群具有较好的补给水源,其无机水质特征与第四系水接近;深部含水层受到安定组相对隔水层影响,补给径流条件较弱,长期水岩作用导致侏罗系水中矿化度一般>3500mg/L,阳离子以Na+为主,阴离子以SO42-为主,属于SO4-Na型水,从水化学特征分析,洛河组与直罗组不存在直接的水力联系。环境同位素特征表明研究区雨水、地表水和第四系水属于现代地下水,志丹群水介于现代地下水和古水之间;深部直罗组和延安组地下水,δD、δ18O值均较低,且落在鄂尔多斯盆地雨水线下端,为循环深度较深,煤炭开采前为封闭条件较好的滞流地下水。地下水中溶解性有机质含量（TOC和UV254）随着含水层深度增加而逐渐降低;地表水和第四系水中主要出现了Ⅰ区和Ⅲ区的荧光峰,其中地表水中DOM来源更加丰富;志丹群、直罗组和延安组水中也出现了Ⅰ区的荧光峰,在Ⅰ区和Ⅱ区之间的荧光峰具有标志性;白垩系→直罗组,Ⅴ区荧光峰强度有增大趋势,表明深部直罗组含水层存在其他来源的腐殖质类DOM。总体上,利用多种手段开展水化学特征综合分析,可以很好地区分出各含水层之间水文地球化学特征差异,为煤矿水情水患快速准确判别和安全生产提供了科学依据。     

非供暖季中深层热储自然恢复与蓄热对比分析

本文主要研究对比分析中深层地埋管运行1个供暖季后在非供暖季埋管周围热储自然恢复与有人为干预的蓄热恢复两种不同恢复情况温度场的变化,利用ANSYS Fluent建立传热模型,基于有限体积法进行求解,并与项目实测数据进行对比验证。通过对比分析两种不同恢复模式在非供暖季结束时热储的温度值,结果表明：非供暖季中深层热储通过自然恢复结束时,热储温度热恢复率最低点为96.81%;进行人为干预的蓄热恢复在非供暖季结束时,热储的温度可以最高恢复率可达到158.09%。对比两种不同的热恢复模式在非供暖季结束时温差(Δt)最大达到10.09℃,温差(Δt)随深度及径向距离的增加而减小。     

铜尾矿砂改良红黏土导热性能试验研究

回填土导热性能是直埋电缆载流量的重要影响因素之一。为探究各因素对改良红黏土导热性能的影响规律,制备不同掺砂率、干密度、含水率的试样,在恒温密闭的条件下,采用瞬态热线法测试试样导热系数,分析掺砂率、干密度、含水率对改良土导热系数影响规律。研究结果表明：铜尾矿砂对红黏土导热系数具有较好的改良作用,改良土的导热系数随着掺砂率、含水率均呈现线性增长。改良土导热系数随着干密度的增大,其增长趋势具有阶段性,当改良土的干密度大于1.65 g˙cm-3^时,导热系数的增长速率明显减小。铜尾矿砂对改良土导热系数的影响在于其中大量石英改善了固体骨架之间的传热效率。含水率和干密度对改良土导热系数的影响,主要在于其使改良土的三相传热方式发生了改变。基于测试结果,构建预测改良土导热的新模型,其能够较好预测改良土导热系数。     

锚杆支护下两向不等压深埋隧洞受力与变形弹性分析

为了给引水隧洞隧址选择和支护参数设计提供理论参考,采用均匀化方法,基于复变函数理论,推导了非均匀应力场下锚杆支护时深埋圆形隧洞的应力及位移弹性解析解,并给出了洞周切向应力及径向位移随围岩弹性模量、侧压力系数、锚杆长度、半径和环向间距等参数的变化规律。通过算例分析,得出以下结论:（1）随着围岩弹性模量的增大,隧洞洞周各点的切向应力和径向位移均减小,且对围岩弹性模量（单位:GPa）在[5,10]区间最敏感;（2）侧压力系数在（0,1]区间时,洞周最大切向应力和径向位移随其增大而减小;在[1,2]区间则相反,并对侧压力系数在[1,2]区间更敏感;（3）随着锚杆长度的增大,洞周的切向应力和径向位移逐渐减小;随着锚杆半径增大,洞周的切向应力逐渐增大,径向位移逐渐减小;而随着锚杆环向间距的增大,洞周应力和位移的变化趋势与锚杆半径的规律相反。     

基于磁定位技术的冲击侵彻尺度的测量

在小天体的探测任务中，探测器需要应对小行星表面特殊的风化层地貌环境。而人们目前对于风化层与探测器间的多尺度、强非线性的复杂动力学行为认知尚不充分，且对于撞击侵彻参数的测量缺乏合适的方法。为了掌握着陆过程中探测器的侵彻尺度关系，提出了一种实验室环境下基于磁偶极子模型的撞击动力学测量系统，通过迭代标定和GA-LM最优化算法提高了定位精度。将其应用于斜坡的撞击实验中，测量了撞击过程中撞击物2个方向的侵彻深度数据。结果表明：通过迭代标定算法和GA-LM算法平均提高了三轴31%的定位精度，使得最终的单轴定位误差小于3 mm；撞击斜坡过程中存在Y方向垂直穿透和Z方向横向滑动两种侵彻过程。Y方向的垂直穿透与下落高度符合1/3的幂律关系，而Z方向的滑动位移的标度规律并不稳定，原因是存在颗粒层崩塌的影响，并使得该位移与下落高度呈现非线性增加特征。     

基于GD-DNN模型的岩爆烈度等级预测方法与应用

岩爆是深埋隧道施工过程中开挖时形成临空面，引起能量突然释放的现象，轻则岩片剥落，重则造成人员伤亡和财产损失，其危害程度取决于岩爆烈度等级，因此岩爆烈度等级预测是急需解决的难题之一。本文针对单一指标预测法预测效果不理想的问题，首先设计并实现了综合指标法和针对多分类问题的分类器，其次提出并建立了基于梯度下降(Gradient Descent)算法优化深度神经网络(Deep Neural Network)的GD-DNN岩爆烈度等级预测模型。实验结果表明：GD-DNN模型预测的准确率达到95.8%，相比机器学习算法K最近邻(K-nearest neighbor，KNN)、支持向量机（support vector machine，SVM)和深度学习算法DNN分别提高了45.8%、38.7%和8.3%，同时在精确率、召回率和??1值三项指标上均优于其他模型。最后在秦岭隧道、大相岭隧道、通渝隧道和马路坪矿井4个实际工程中检验模型的预测效果，检验结果证明GD-DNN模型能够精准预测岩爆烈度等级，研究成果可应用于深埋隧道工程中。