矸石山稳定性非线性破坏准则数值模拟分析

在探讨矸石山主要特征的基础上,基于Hoek-Brown非线性强度准则进行FLAC(fastlagrangian analysis of continua)数值模拟,分析矸石山稳定性随堆积高度的增加动态的变化过程.结果表明:随堆积高度增加,矸石山位移、变形程度增大,潜在滑移面逐渐形成,失稳破坏趋势渐增,且矸石山散粒层高度、面积增加,坡面出现局部滑塌几率增大;依据非线性强度准则计算得到的安全系数随矸石山高度增加而减小,符合矸石山堆积越高越不安全的实际情况.计算结果和理论分析表明采用文中方法分析矸石山稳定性具有合理性.     

激光测距仪在海崖剖面形态快速测量中的应用

提出一种利用激光测距仪快速测量海崖及海蚀槽剖面形态的方法.选取福建省平潭岛东北部的7条海崖作为测量研究区,定时段进行崖面剖面形态的测量.结果表明:研究区中的4个海蚀槽均发育在距崖底1.0m高度范围内,且海蚀槽上部崖面的倾角大于下部崖面的倾角;一个断面的剖面测量只需7~16min,且能够测量人不易达到的区域.     

磁性液体密封结构中漏磁的研究

为了研究磁性液体密封结构几何参数的变化对漏磁场的影响规律,选取不同的密封间隙、极齿宽度、齿槽宽度、齿槽深度及密封级数建立物理模型,用有限元方法计算各模型的漏磁场.结果表明在密封结构的轴向和径向距离上存在某一临界值,在临界值的两侧,漏磁场磁感应强度随密封结构几种几何参数的变化趋势不同:在轴向距离大于临界值时,轴向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而增大,随级数的增加而减小,随齿宽的增大而减小,随槽宽和槽深的增大而增大;在径向距离小于临界值时,径向漏磁场磁感应强度随间隙的增大而减小,随级数的增加而增大,随齿宽的增大而增大,随槽宽的增大而增大,随槽深的增大而减小;径向距离大于临界值时的情况与小于临界值时的情况刚好相反.     

烟气横掠螺旋槽管束磨损特性的数值模拟

为探究烟气中固体颗粒对螺旋槽管束的磨损行为,应用离散相模型对烟气横掠顺列螺旋槽管束进行气固两相流动的数值模拟,并通过用户自定义函数引入新的磨损计算模型.分析了飞灰颗粒对光管和螺旋槽管磨损的差异以及烟气流速、粒径、横向/纵向管距和螺距、槽深等因素对螺旋槽管磨损的影响.结果表明:相同工况下,螺旋槽管管束磨损率比光管管束小10%左右;磨损率随烟气流速、颗粒直径、纵向管距的增大而增大;小粒径颗粒(dp=25μm)最大磨损位置发生在圆心角30°左右,较大粒径颗粒最大磨损位置发生在圆心角40°左右;磨损率随横向管距、螺距、槽深的增大而减小;槽深对螺旋槽管磨损率的影响远低于螺距的影响.     

基于两阶段法地铁盾构开挖对邻近桩基影响分析

在两阶段分析法的基础上,根据Winkler地基模型的理论将桩体划分成若干段长度相等的微元体,按照承载桩竖向荷载传递规律,并考虑桩体的端承作用,提出一种计算盾构隧道开挖对邻近桩基影响的理论方法.通过计算表明,桩体的沉降随桩基埋深变化较小,附加轴力随桩基埋深呈先增大后减小的趋势,最大附加轴力发生在隧道轴线附近.并将结果与Klar使用的变形微分方程的计算结果进行比较,验证了此方法的准确性.此外,桩基的附加轴力和沉降随水平距离的增大而急剧减小,当水平距离超过4R时,隧道开挖对桩基的影响可以忽略.     

滑阀矩形节流槽阀口的流量系数

基于阀口流量压差特性试验和矩形阀口面积计算,对滑阀上矩形节流槽阀口的流量系数进行研究,获得滑阀矩形节流槽阀口流量系数及其变化规律.研究发现:滑阀矩形节流槽阀口流量系数与阀口开度、液流方向、截面深宽比和截面水力直径关系密切,阀口开度较小时流量系数接近于1,随着阀口开度的增大而逐渐减小,在阀口中间区段接近于常数,在接近全开度时流量系数又快速增大;流入节流槽方向的流量系数比流出方向大0.05~0.10;流量系数随矩形节流槽截面深宽比增大而增大,并随截面水力直径增大而有所增大.     

地基土考虑材料阻尼影响的抗震性能分析

利用大型通用有限元软件,结合时程动力分析法,针对地基土和减震槽材料采用沿高度分层变化的不同阻尼参数材料时,考虑动力系统阻尼矩阵中材料相关阻尼和单元阻尼的相关贡献,综合分析减震槽采用不同深度和宽度,以及减震槽右端到震源不同水平距离时,在土体顶部承受脉冲荷载作用下,地基土顶部各节点的最大振动加速度响应。研究结果表明:减震槽到震源的水平距离越小,减震效果随果越明显。随减震槽的宽度增大减震效果越为明显。减震槽的深度增加对其减震效果增加效果不明显。     

不同埋深下暗挖隧道施工的地层响应

采用实测统计和数值模拟方法,对北京地铁区间暗挖隧道开挖后不同埋深下的地层应力、塑性区分布及地层变形3个方面进行分析研究.结果表明:1)隧道开挖后洞周切向应力升高区随埋深增大而向围岩深部转移,埋深达到20 m后,应力升高区的转移减缓;2)随埋深的增大,洞周塑性区与地表塑性区由完全贯通变为逐渐分离,地表塑性区的范围逐渐减小,但洞周塑性区的范围变化不大,而塑性区以外的弹性区范围增大;3)埋深达到12 m时,地中沉降曲线出现拐点,拐点与洞顶的距离随埋深的增大而增大,埋深达到20 m后,曲线拐点基本稳定在洞顶上方10 m处;4)计算结果与实测统计规律基本一致,最大地表沉降值随着埋深的增大而减小,但减小的幅度随着埋深的增大而逐渐减小.     

高速压制粉末散体空间的分形维数及导热的分形模型

基于分形理论建立了利用粉末散体空间的堆积密度、粉末颗粒的密度和孙隙介质的密度来计算粉末散体空间分形雏数的表达式;同时利用等效热阻法建立了粉末散体空间有效热导率的并联分形模型,并给出了考虑热辐射贡献的有效导热率的计算公式.通过分形雏数和有效热导率计算公式的函数图像分析了堆积密度对分形雏敷以及分形雏数、温度对有效热导率的影响,结果表明粉末散体空间分形雏数随堆积密度增大而增大,有效导热率随分形雏数增大而增大,随温度升度而增大.     

干气密封端面型槽可控激光制备的参数模型及实验验证

针对干气密封微米级开槽深度和粗糙度控制难的问题，提出相应评价方法，建立加工深度和粗糙度模型，并通过数值模拟系统地研究了激光填充间距S、光斑直径ds与开槽深度ha、粗糙度Ras之间的关系.结果表明：开槽深度和粗糙度均随填充间距的增大而减小，当填充间距S<7 μm时填充间距对槽深和粗糙度的影响十分显著；光斑直径对开槽深度的影响基本可以忽略，粗糙度随光斑直径的增大呈先缓慢增大后迅速升高的趋势，临界值也位于ds=7 μm 左右.实验结果对数值计算中槽深的分析结果支持度较好，与粗糙度的分析结果略有出入.进一步采用TOPSIS综合评价方法优选出最佳工艺参数范围：考虑加工效率时，最佳参数区间为 8 μm ≤ S ≤ 15 μm，9 μm ≤ ds ≤15 μm；不考虑加工效率时，最佳参数区间为5 μm ≤ S ≤ 10 μm，5 μm ≤ ds ≤ 15 μm.研究结果对进一步提高干气密封微米级槽深的加工效率、精密度有一定指导意义.     

冷弯厚壁型钢螺栓连接抗剪性能试验

通过30个厚度为10 mm的冷弯厚壁型钢螺栓连接件的静力拉伸试验，考察不同边距、端距下试件的破坏模式、抗剪承载力及相关规范的适用性，并基于试验结果对规程建议公式进行修正.研究结果表明：在考察的边距、端距范围内，试件出现净截面、剪出、剪出与孔壁承压混合三种破坏模式；当试件发生剪出和剪出与孔壁承压混合破坏时，剪切破坏面上存在裂缝；试件达到极限承载力之前，出现在螺栓孔前的裂缝会减小钢板的受剪面积，导致试件抗剪承载力的计算结果高于实测结果；基于实际受剪面修正的剪出破坏承载力计算公式概念清晰，计算精度高；修正后美国规范AISC 360-16的计算结果与试验结果吻合最好，未修正的美国规范ANSI/AISC 360-16次之，而欧洲规范EN 1993-1-8的计算结果偏保守，中国规范GB 50018-2002的计算结果过于保守.     

基于板壳理论充填开采覆岩破坏分析方法的构建

充填开采覆岩的破坏过程不同于垮落法开采,为研究充填开采覆岩“两带”的发育过程,应用板壳理论构建了分析覆岩破坏过程的力学模型和“两带”高度的计算方法,得出当等效采高的变化突破某个临界值时,“两带”高度会出现跳变.以西马煤矿1327工作面为研究实例,采用构建的力学模型和计算方法,分析得到1327工作面充填开采后的断裂带高度为12.800 m,垮落带高度为0 m.现场实测得到1327工作面的断裂带高度为10.7 m,不存在垮落带.理论分析和现场实测得到的结果吻合,可见构建的力学模型和计算方法精度较高.     

大采高浅埋煤层工作面矿压显现特征模拟及试验分析

为研究浅埋煤层在大采高条件下顶板运移规律及矿压显现特征,通过构建数值模型研究了3～7 m采高条件下的顶板破断过程及来压规律,构建物理模型分析了顶板垮落及支架工作阻力变化特征。研究结果表明:随着采高的增大,顶板回转角度不断增大,且出现了明显的台阶下沉现象,采高从3 m增大到7 m地表沉降量增加了3.5 m,顶板的初次来压及周期来压步距整体呈增大趋势;煤壁支承压力峰值随采高增大往工作面前方迁移,影响范围也不断增大,在采高5 m时达到了最大值10.53 MPa,之后回落并趋于稳定,证明支承压力并非随采高增大而持续增大;随着采高的增大顶板卸荷损伤区域迅速向上扩展,使上覆岩层裂隙充分发育,诱发顶板的大范围切落,大采高形成了"悬臂梁-砌体梁"结构,形成了工作面的剧烈来压。物理模拟结果表明,切顶发生时支架工作阻力提升到了9 614 kN,较周期来压时增大了16.1%,比普通采高时有了较大的提升。因此选取合理的采高对于保证采空区稳定减少顶板灾害事故至关重要。     

水平井压裂裸眼井筒完整性分析

井筒完整性不仅关系到油气井安全生产,还影响着水平井水力压裂增产作业效果。水平井裸眼封隔器分段压裂过程中,在高内压和裂缝诱导应力的作用下,裸眼井筒可能发生破坏,造成封割器隔离层段失效和压裂液窜流,影响水平井分段压裂效果。为此,建立了考虑水力裂缝诱导应力作用下的水平井井筒剪切破坏宽度、拉伸裂缝深度的计算模型。利用所建模型分析了裂缝长度、裂缝距离对水平井井筒完整程度的影响规律。分析结果表明,水平井分段压裂过程中,正压裂段容易形成纵向拉伸裂缝,且在靠近裸眼封隔器处裂缝深度较大;已压裂段容易发生剪切破坏,且在靠近裸眼封隔器处剪切破坏程度最大。随着水力裂缝增长,剪切破坏程度和拉伸裂缝深度都逐渐增加。本文所建模型和分析结果可为水平井裸眼分段压裂设计提供理论指导,以提高裸眼封隔器的层段隔离性和分段压裂效果。     

基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面上产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增加在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于竖向界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力;竖向界面需设置在轻重载车道之间的划线处,可确保该处实际不会产生剪切破坏;轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然,因此,采取工程措施加强面层强度并进行剪切强度验算是必要的。     

扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响

利用FLAC模拟了不同扩容角时圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化—理想塑性行为。文章的模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态。模拟结果表明,随着扩容角的增加,剪切带变宽,岩爆坑变深,破坏单元数目增多,破坏区变大。当扩容角较低时,高剪切应变集中于“狗耳”形岩爆坑位置,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较大;当扩容角较高时,高剪切应变集中于巷道周边的一些位置上,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较小。该研究结果与Roscoe,Arthur理论相符。     

冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁抗弯性能研究

为研究冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁的抗弯性能,对3个不同抗剪构造的组合梁进行了单调静载试验,考察了组合梁的破坏形式、承载能力等.组合梁的破坏特征为托梁腹板剪切破坏并出现扭转,托梁上翼缘屈服、部分抗剪螺钉拔起、混凝土出现贯通裂缝继而组合梁发生整体破坏.试验结果表明：设置抗剪件对组合梁极限承载力无显著影响但可提高组合梁抗弯刚度.建立ANSYS有限元模型进行数值模拟,并对验证后的有限元模型进行变参数分析,研究结果表明：减小螺钉间距、提高钢材强度、增加托梁腹板高度、增加混凝土厚度均会提高组合梁承载力.最后,基于考虑托梁腹板高度、螺钉间距等影响因素修正系数η,提出了组合梁抗弯极限承载力公式,并与试验结果、有限元结果对比,验证了公式的正确性.     

考虑筋土界面软化的三明治形加筋土挡墙地震响应分析

三明治形加筋土挡墙作为一种新型的加筋土结构具有黏土的廉价、取材较方便、砂土界面剪切强度较高等优点。基于室内大型直剪仪研究了地震荷载作用下砂土与格栅界面的动力特性,通过回归分析得到了加筋土挡墙中筋土界面剪切刚度在动荷载作用下呈现剪切软化的变化规律经验公式;然后编制fish语言将该公式导入FLAC_^3D软件中,建立了考虑筋土界面剪切刚度变化规律的三维计算模型。文中分析了加筋土挡墙的各种设计参数(挡墙的高度、筋材的长度、筋材的弹性模量、筋材的间距、面板的类型)对三明治形加筋土挡墙动力特性的影响。结果表明：加筋土挡墙的高度越高,面板的侧向位移越大;当峰值加速度为0.2g时,潜在破裂面交于墙顶接近0.36H,峰值加速度为0.4g时,潜在破裂面交于墙顶接近0.47H;筋材弹性模量的增大和筋材间距的减小能够增加挡墙的抗变形能力,且随着筋材长度的增加,面板最大水平位移逐渐减小;在两种峰值加速度下,模块式面板加筋土挡墙容易发生局部面板鼓胀破坏,而整体式面板加筋土挡墙容易发生整体倾倒破坏。     

混凝土圆形冲切板的强度与变形计算

通过试验验证,圆形混凝土板在冲切破坏之前发生的变形主要是弯曲变形,该变形反映了板在各个受力阶段的抗弯性能,也在很大程度上直接影响着冲切锥面上的应力分布和板面钢筋的抗冲切能力.建立了考虑受弯变形的板冲切破坏机构,提出板的极限强度由冲切锥抗冲切力和板在冲切时的抗弯能力组成.并对圆形冲切板的挠度分阶段进行了计算.对冲切板强度和变形的计算结果与实测值吻合良好.     

土工合成材料加筋边坡滑移带的模拟分析

用有限元分析方法和图形可视化技术,计算生成加筋边坡的剪切破坏带,模拟边坡破坏的渐进过程,结合与加筋土平面应变直剪试验以及加筋边坡离心模型试验结果的比较,研究加筋边坡的滑移带形态．结果表明加筋边坡呈现出与素土边坡不同的破坏形态,筋材拉伸模量和加筋密度不同,剪切滑移带形态也不相同．随着筋材拉伸模量和加筋层数增大,边坡的滑动屈服带宽度增宽并向边坡内移动;加筋层增加到某一密度时,剪切屈服带将出现在地基中;与未加筋边坡相比,加筋边坡上部较难出现塑性破坏,顶部不易出现裂缝;同时,加筋边坡延性提高．坡顶塌滑程度趋缓．