环空宾汉流体流量对顶替效率的影响规律研究

固井时水泥浆常常采用宾汉流体模型,因此许多学者对宾汉流体性质及流态做了大量的数值模拟研究,然而排量对顶替效率的影响规律的数学解析方程推导还未见报道。本文根据宾汉流体在环空中的层流流动特性推导出了顶替效率与注水泥的排量关系式,并且计算了不同流量情况下的顶替效率大小,计算结果表明:流量越大顶替效率越高,并且呈现线性关系,适当提高水泥浆的流量能够有效提高顶替效率,推出的流量与顶替效率的关系式对固井工程设计具有较大的指导意义。     

冬季西太平洋副热带高压脊线位置异常与热带对流异常的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、射出长波辐射(OLR)资料,国家气候中心提供的1979~2008年1月西太副高脊线指数和逐日降水资料,对1月西太副高脊线位置与热带对流异常的关系进行了分析。结果表明,1月西太副高脊线位置与南海及菲律宾以东地区OLR场存在显著的负相关关系。进一步研究发现,副高脊线的南北位置异常是由于南海及菲律宾以东地区对流偏强(弱)造成这一区域出现异常的上升(下沉)运动;由于对流层高层(低层)南风距平的作用,在我国东南部的下沉运动增强(减弱);同时,在对流层的低(高)层出现了异常北风,从而构成了一个向北(南)的经向环流,有利于副高脊线的北抬(南退)。这种对流异常是造成2008年初我国南方超过1/3区域出现了50年一遇的低温、雨雪、冰冻灾害的间接原因之一。     

季冻区隧道冻胀力影响因素交互性及敏感性正交试验分析

为探究影响季冻区隧道衬砌冻胀力各个因素的交互性及敏感性,依托承担冬奥会人员转运工作的延崇高速主线翠云山隧道,通过建立ANSYS数值模型,对冻胀率、冻融圈厚度、衬砌弹模等冻胀力影响因素进行了正交试验。研究结果表明：(1)考虑各个因素对冻胀力的影响时可只考虑其主效应。(2)融圈厚度、冻胀率、衬砌弹模、冻结围岩弹模以及未冻结围岩弹模均对冻胀力的影响较为显著;各因素敏感性排序为：冻结围岩弹模＞冻胀率＞未冻结围岩弹模＞冻融圈厚度＞衬砌弹模。(3)相比于原始参数,实验最优参数各部位冻胀力均有所减小且降幅均超过30%,最小降幅发生在拱顶为34.20%,并据此提出了控制冻胀力的措施,为河北地区季冻区隧道建设提供指导。??     

季冻区高速铁路路基冻融变形特征研究

为研究季冻区高速铁路路基冻融病害及其变形特征,以兰新高速铁路K1934+190无砟轨道路基断面作为研究对象,在已有的水分迁移控制微分方程、瞬态温度场控制微分方程及土体单元应力-应变方程的基础之上,建立了无砟轨道路基受水分、温度及应力影响的数学计算模型,通过模拟和现场监测对比分析了自2019年10月初至2020年5月初路基的动态变化规律。结果表明,由于水分场、温度场对季冻区高速铁路路基的耦合作用,致使路基水分变化、温度变化及由此产生的温度场重分布、水分场重分布是导致路基发生冻胀融沉的关键因素,其变形在时间域上呈规律性变化,这一结论可为研究冻土地区高速铁路路基冻害治理提供参考。     

热-湿-应力耦合作用下框架锚杆支撑的边坡冻融特性分析

为探究季冻区框锚支护边坡的冻融规律,根据传热传质理论,给出了土体在冻融过程中温度场、水分场和应力场的数学模型方程,使用有限差分法对温度场和水分场进行分析,在每个时间步长内使用有限单元法对应力场进行分析。同时,针对土体与结构的协同作用,提出了零宽度四节点单元作为二者的联结单元,来体现二者的联结关系。基于MATLAB软件平台编制了计算程序,并结合室外试验验证了程序的可靠性。结果表明：边坡顶部受温度影响较大,地表温度在冻结和融化时对土体最大影响深度分别是2.0m和1.5m;冻结时的剪应力大约是融化时的2.5倍,在坡面上分布较均匀,边坡处于稳定状态;融化时的剪应力在坡脚处出现应力集中,在融化区和未融化区交界面发生剪应力突变,边坡处于不稳定状态;3种工况下冻结时锚杆轴力最大,大约是初始工况的2.4~2.5倍,融化时锚杆留有残余轴力,大约是初始工况的1.1~1.3倍,表明冻融过程中的冻胀变形对锚杆内力影响较大,一旦超过其抗拉极限,就会发生锚杆被拔出的现象致使防护失效,边坡失稳。因此由冻结引起的变形会对锚杆内力产生不可忽略的影响,此类边坡工程中需要加以重视。     

仿云杉多层环形塔状立体车库结构稳定性

为了满足提高立体车库结构稳定性的要求,根据植物结构特征建立了生物模型,从仿生学角度将植物结构应用于立体车库,从而达到提高立体车库稳定性的目的。云杉整体结构呈现为塔状,其主干粗壮,侧枝分层,根据云杉的上述特点并结合工程应用设计仿云杉多层环形塔状结构升降式立体车库。根据仿生立体车库结构建立其多自由度力学模型,利用传递矩阵方法建立力学模型频率方程并进行模态分析,接着运用MATLAB模拟对比仿生立体车库和直筒型立体车库在外界激励下的响应。结果表明：两种结构立体车库受到相同外界激励时,仿生立体车库各阶固有频率均大于直筒型立体车库,而且其各层振动位移、速度的幅值、标准差相较于直筒型立体车库对应位置均更小,验证了仿生立体车库抵抗外界激励的能力更强,结构更加稳定。     

水泥预加固-人工冻结联合工法加固地层冻胀特性

为研究采用联合工法施工,能够有效控制土体冻胀位移的施工参数,本文以广州地铁十四号线某联络通道冻结工程为背景,通过有限元软件建立联络通道冻胀位移场三维数值模型,研究了盐水温度和水泥掺量对土体冻胀位移的影响,并计算不同冻结壁厚度下地表冻胀位移量以及联络通道开挖土体的塑性区域,在满足施工安全的前提下,进一步对冻结壁设计参数进行优化,以减小土体冻胀位移。结果表明：采用水泥预加固-人工冻结联合工法施工,当水泥掺量设定为12%,盐水温度控制在-25℃~-31 ℃时,积极冻结末期,地表冻胀位移能够满足工程监测要求;水泥掺量设定为12%,冻结壁厚度设定在1.8m,盐水温度控制在-31 ℃。可见相对于原施工方案,采用联合工法施工,积极冻结末期地表冻胀量减小了73%。     

寒旱环境灌木根系增强春融期边坡稳定性影响

春融期边坡极易发生热融滑塌现象,为研究植被根系与边坡冻融界面呈不同夹角α条件下边坡的潜在滑移面破坏形式、位移特征以及稳定性影响,结果表明:随融化深度的增加,春融期素土及根-土复合体边坡的等效塑性应变贯通带越明显,易沿着冻融界面发生平面状滑塌;相比于素土边坡,春融期(3月份)根-土复合体边坡最大位移量减小约69.65%,春融期(4月份)根-土复合体边坡最大位移量减小约71.88%,且根-土复合体边坡位移的减少量随着α角的增大而呈增大趋势,表现出根系伸入冻融界面处时具有较强的固土能力;当根系与冻融界面夹角α由45°增大至90°时,根-土复合体边坡的安全系数呈增长趋势,且根系与边坡冻融界面垂直时,根系具有相对最大限度地增强春融期边坡固土护坡作用,可有效提高春融期边坡的稳定性。上述研究结果为探讨冻融界面处植物根系对春融期边坡稳定性具有理论研究价值和实际指导意义。     

冻结壁稳定性的冻结管曲率检验法

本文综合应用冻结壁蠕变规律模型试验及数值模拟结果,分析了冻结管变形规律和冻结壁位移规律的关系,研究了冻结管变形曲率的数学表达式.在此基础上,提出了冻结管安全性曲率检验法,并以曲率检验法的观点探讨了冻结壁设计和工程施工中的若干问题.     

冻结壁蠕变问题的位移反分析

本文以冻结壁蠕变模型试验获得的位移为已知条件,综合分析了各位移量之间的关系后,借助于有限元法,采用多目标函数及待分析参数分组的分步反分析法,实现了冻结壁蠕变这一多参数问题的位移反分析。