利用ANSYS-FLAC3D三维仿真建模方法研究金灯寺石窟防渗技术

为解决石窟窟顶渗水、地基稳定性差等一系列地质病害,提出并分析了截水廊道和导流孔的综合防渗治理技术,对石窟群进行防渗治理。采用有限元软件ANSYS与有限差分软件Flac^3D组合建立高仿真三维地质模型,利用FLAC^3D软件的interface和fill命令实现层状仿真边坡钻孔模型。在原岩应力条件下分析不同方案应力、位移、塑形区效果,基于理论分析和数值模拟优选出最佳防渗方案。结果表明,增加导流孔的方式对岩体边坡损伤最小,且满足对大气降水导流和地下水截流的要求,岩体边坡稳定性主要受近山体外侧导流孔影响,岩体内部钻孔数目或深度的增加对岩体稳定性影响不明显,路基下方山体喷锚网支护和低压注浆结合的综合岩体加固治理技术可以提高山体边坡稳定性。研究结果为同类岩质边坡及内部结构的排水、地下水截流导流和岩质边坡加固问题提供了一种有效和经济的方法。     

旋挖钻机截齿的破岩机理及优化研究

旋挖钻机成孔的显著优势备受关注,但实际钻孔很难达到理想的破岩效果,揭示复杂地层赋存环境的钻头破岩机理是关键。文中基于Boussinesq问题的求解,得到动力头压力和扭矩作用于截齿时的岩石受力及位移,推导截齿破岩时的侵入力及切削力表达式。建立单截齿破岩的三维数值模型,获得钻头钻进中截齿的侵入力及切削力变化规律,对比理论结果以验证数值模型的可行性。基于旋挖钻机双截齿破岩过程的数值模拟,分析钻进中的岩体力学响应及裂纹演化以揭示截齿的破岩机理,探讨不同截齿布置的旋挖钻机破岩力特征,阐明截齿倾角或偏斜角增大都将不同程度地改变破岩力大小。进一步分析截齿布置方式与不同类型地层组合的破岩效率,结果表明,截齿倾角或截齿偏斜角或截齿间距相等时,由软到硬地层的破碎比功逐渐增大,且钻进某一地层的破碎比功先减小后增大,存在最优的截齿布置使得钻进效率最高。研究成果可为旋挖钻机截齿设计的优化和破岩效率的提高提供理论依据。     

流体横掠叉排平行板束对流换热的数值研究

本文采用商用软件Fluent6.2.16模拟在不同的Re下,流体横掠不同的结构参数叉排平行板束的流场、温度场,并使用Tec-plot软件对其结果进行后处理,将流场和温度场其用相关流线图和温度云图进行显示,使实验难以测量的微小结构的叉排板束的流场和温度场用形象化图形进行展示。在流场云图中可以直观展示研究单元内流体流线的变化、漩涡产生等情况;温度云图展示流体与叉排板束的换热的定性关系,并将温度变化梯度形象化的展示。同时本文分析了影响叉排板束换热的无量纲数,无量纲数的变化规律可以推广到其它结构参数的换热器上。本文模拟中只选取一个代表性的单元区域,用该区域代表当流动与换热达到充分发展阶段时整体的流场和温度场的分布情况,同时分析了在不同的Re下Nu和f的变化情况。     

吐哈盆地三叠系小泉沟群泥质烃源岩排烃门限及排烃特征模拟研究

应用排烃门限控油气理论并结合盆地模拟 ,对吐哈盆地小泉沟群泥质烃源岩排烃门限和排烃特征进行了研究。研究结果表明 ,在地史埋深过程中 ,小泉沟群泥质烃源岩分别约于 3 .5 ,4 .0和 4 .5km处进入甲烷气、重烃气和液态烃排出门限 ,排烃阶段为 :水溶扩散相排气→游离相排气→游离相排油气。天然气主要以水溶、扩散、油溶和游离 4种相态排运 ,其中 ,水溶相和扩散相所占比例分别超过 3 5 %和 2 0 %。排出油中水溶相和扩散相约占 3 0 % ,游离相不到 70 %。现今 ,1m3源岩中甲烷气、重烃气和液态烃的排出量分别为 0 4m3,0 18m3和 0 16kg ,三者的排出效率分别为 3 2 % ,2 6%和 2 4 %左右。     

吐哈盆地三叠系小泉沟群泥质烃源岩排烃门限及排烃特征模拟研究

应用排烃门限控油气理论并结合盆地模拟,对吐哈盆地小泉沟群泥质烃源岩排烃门限和排烃特征进行了研究。研究结果表明,在地史埋深过程中,小泉沟群泥质烃源岩分别约于3.5,4.0和4.5km处进入甲烷气,重烃气和液态烃排出门限,排烃阶段为：水溶-扩散相排气→游离相排气→游离相排油气。天然气主要以水溶、扩散、油溶和游离4种相态排运,其中,水溶相和扩散相所占比例分别超过35%和20%,排出油中水溶相和扩散相约占30%,游离相不到70%,现今,1m^3源岩中甲烷气,重烃气和液态烃的排出量分别为0.4m^3,0.18m^3和0.16kg,三者的排出效率分别为32%,26%和24%左右。     

天然气管线排液阀内流场压力特性数值模拟研究

为保证天然气管线排液阀安全可靠运行,用标准k-ω模型对冬夏两季不同工况下排液阀内流场压力分布进行了三维数值模拟,探讨了排液阀内全压和动压分布的差异.通过研究发现:随着排液阀阀门开度的增加,阀内全压逐渐降低,而动压逐渐增大,全压的最大值发生在阀门关闭状态,动压的最大值发生在阀门完全开启状态;冬季的全压和动压大于夏季;无论是冬季还是夏季,阀内压力小于安全运行压力,阀门能够安全运行.     

柴达木盆地烃源岩生、排烃特征模拟研究

利用热压物理模拟实验结果并结合排烃门限理论 ,对柴达木盆地各类烃源岩的生、排烃特征进行了模拟实验研究 ,在此基础上绘制了烃源岩排烃门限判别图。研究结果表明 :①地质条件下水介质的存在有利于烃源岩生、排油气 ;②烃源岩在地史过程中存在一个向外大量排油气的门限 ,烃源岩只有进入这一门限后才能大量排油 ,在这之前生成的油均残留于烃源岩中 ;③煤、泥岩、碳质泥岩的生、排烃过程均可分为 3个不同的阶段 ,即 :生、排气态烃阶段 ,生、排液态烃和重烃气阶段 ,生、排高温裂解气阶段 ;④研究区各类烃源岩的原始有机碳生油率为 10～ 5 0 0kg/t,残留油率为 5～2 80kg/t,排油率为 0～ 2 5kg/t,生、排气率为 10 0～ 80 0m3 /t。柴达木盆地第三系下干柴沟组烃源岩在埋深为 2 2 5 0m左右进入排烃门限。     

凹陷露天矿内排土护坡体破坏模式及关键参数

根据瑞典圆弧法积分求解原理,结合护坡体结构特征,判断护坡体破坏模式并推导其安全系数表达式,分析台阶高度h、平台宽度d以及台阶坡面角β等对护坡体安全系数F_s的影响规律及影响程度.通过护坡体数值模拟结果,分析护坡体的位移变化规律以及潜在滑移面特征,并判断其破坏特征.研究结果表明：护坡体的破坏模式是以土体-块石交界面为底界面,以土体圆弧为侧界面的顺层圆弧滑动.随着护坡体台阶高度与台阶坡面角增大,其安全系数减小,最大位移量与应变量增大;随着护坡体平台宽度增大,其安全系数增大,最大位移量与应变量减小.台阶坡面角是影响护坡体安全系数与最大位移量的关键结构参数.     

径向井排引导水力压裂裂缝扩展机理研究

为探究径向井排系统对裂缝的影响,明确水力裂缝的扩展规律,利用扩展有限元理论建立了流固耦合三维裂缝扩展模型,模拟了受径向井排引导的水力裂缝扩展过程。重点分析了3种影响因素（径向井排方位角、水平地应力差、径向井孔径）对水力裂缝的引导机理。首次提出了引导因子的概念,并将其作为有效评价径向井排引导效果的量化参数。研究发现,径向井方位角、水平地应力差、径向井井径会对水力裂缝的引导效果产生影响：较小的径向井方位角、水平地应力差以及较大的井径都使径向井排具有较强的引导能力和较好的引导效果,反之亦然。同时,较大井径对增加水力裂缝宽度有明显作用。最后,利用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验证实了数值模拟结果具有一定的准确性。     

承德避暑山庄永佑寺后序碑热应力分布特征模拟及易损性评价

温度变化是引起岩石物理风化的主要因素之一.文中针对承德永佑寺后序碑在夏季太阳辐射条件下的瞬态热应力响应进行了分析.数值分析结果表明,石碑内部温度剖面特征显示赑屃顶部和赑屃内部温度分布存在集中区,而石碑中部温度分布较为均匀,太阳辐射面积以及和地面的热传导是温度分布特征的外部影响因素;高温条件下石碑内部产生了明显的热应力,...     

压裂液强制返排及支撑剂回流模型研究

如何科学合理选择放喷油嘴尺寸,同时准确预测裂缝闭合时间,是压裂液强制返排的核心.根据支撑剂运移和压裂液强制返排机理,同时考虑支撑剂受力、压裂液二维滤失、压裂液压缩性和井筒摩阻,并结合物质平衡原理、岩石力学和流体力学的相关理论,建立了裂缝闭合前后放喷油嘴尺寸选型的支撑剂运移及力学模型和裂缝强制闭合时间计算模型.采用建立的模型,不仅可使放喷油嘴尺寸定量化,同时在不需要冗长的压降数据情况下,就能确定裂缝强制闭合时间.经实例验证,本模型的计算结果稳定可靠,可用于实际分析.     

新型离心-脉冲电场联合破乳设备数值模拟及实验研究

设计了一种新型离心-脉冲电场联合破乳装置实验系统,该系统将离心力、电场力以及重力有机的结合在一起,集合了现有破乳分离装置的优点。通过Ansys-fluent软件模拟离心场作用下速度场和油水相分布情况,以5#白油与超纯水配制的水体积分数为10%的W/O型油水乳化液为研究对象,进行高频/高压与离心场耦合作用和联合作用的实验研究。确定了最佳电场破乳参数为电场频率2000 Hz。并分析比较了离心转速在耦合和联合作用下的不同效果,结果表明耦合作用下破乳效果与转速大小成反比,相反联合作用下破乳效果与转速成正比。     

丘陵轻烃W74压缩机排温故障分析及对策研究

从仪表、工艺、气阀、活塞环及压缩缸冷却方面分析了W74压缩机排温高报警的可能原因,最终确定冷却不良为主要原因,并采取措施消除了报警。     

露天煤矿三维边坡开挖变形控制对策及工程应用

以安太堡露天矿西端帮73200地质剖面为工程背景,构建三维长直边坡地质模型和数值模型,应用FLAC3D对边坡工程在分步开挖过程中表现出来的三维变形效应进行了研究,发现随着边坡开挖长度的不同,边坡向临空侧的最大位移呈现出显著的非线性变形响应特征,即在非线性变形曲线中出现一个重要特征点和由该点可以界定的两个差异明显的变形阶段.基于上述研究和对西端帮进行时空步序控制开采技术的优化分析,采用缩短采煤长度,分段开挖,跟进回填,反压护坡,监测反馈,再进行回采的开采模式,不仅缩短了西端帮的暴露时间,而且充分利用边坡开挖的三维变形效应和边坡岩体强度不断衰减的时间效应,达到了改善边坡受力状态、控制边坡变形、提高开挖边坡稳定程度的效果.     

密排六方颗粒填充床内对流换热的模拟研究

针对颗粒堆积结构对填充床内对流换热的影响,利用ICEM和FLUENT等流体力学软件对密排六方堆积结构进行建模,采用RNG k-ε湍流模型以及等比例缩放的壁面函数对结构内转捩流和湍流进行数值模拟,使用CFD-Post后处理软件计算分析结构内流体的压力降、流动阻力系数和综合换热系数,并与无序堆积结构和具有同样孔隙率的面心立方堆积结构进行比较。结果表明,相比于面心立方堆积结构和无序堆积结构,密排六方堆积结构内流体的压降明显增加;在孔隙雷诺数小于1500时,密排六方堆积结构内流体的阻力系数小于面心立方堆积结构及无序堆积结构内流体的阻力系数;密排六方堆积结构的颗粒壁面努塞尔数明显大于面心立方堆积结构及无序堆积结构的颗粒壁面努塞尔数,该堆积结构具有更好的综合换热效率。     

三角洲前缘相储层剩余油分布特征及挖潜对策研究

针对以三角洲前缘相沉积为主的油藏,结合沉积微相特征对剩余油的控制作用,分析了层间、层面、层内剩余油分布特征,采用数值模拟方法研究了三角洲前缘相储层的剩余油分布规律,主要有水下分流主河道及主体席状砂体侧缘剩余油、断层遮挡型、注采不完善型、层间干扰型,并根据剩余油分布规律提出对应的挖潜对策,井网加密、注采系统调整、注水井调剖、酸化等。     

毛细水对粉砂土路基边坡稳定性影响研究

毛细水上升会引起路基含水率变化,进而影响路基边坡稳定性.因此,设计制作3个坡度变化的路基模型,填筑开封粉砂土,边坡采用未处理、硬化及绿化3种工况,进行毛细水上升实验,研究毛细水上升高度、速度,分析毛细水上升引起的土的含水率变化;建立有限元模型,分析不同工况时含水率对路基竖向位移的影响.实验表明:坡度1∶1.8路基毛细水上升高度最低,土的含水率最小;毛细水作用下,边坡硬化及绿化后土的含水率变大,而未处理边坡土的含水率最小.数值分析表明:路基竖向位移随着含水率的增大而增大;在含水率小于15%时坡度1∶1.8的路基竖向位移最小,在含水率大于18%时坡度1∶2的路基竖向位移最小.总之:毛细水对坡度1∶1.8的路基含水率影响较小,此时路基竖向变形最小.     

张家港水域散装化学品泄漏事故风险及对策研究

随着张家港辖区危化品数量的增多,预防、应对化学品泄漏事故越来越受到人们的重视。以张家港水域船载丙烯酸乙酯泄漏事故为例,研究了船舶散装化学品泄漏事故风险因素、风险程度及风险后果。采用历史资料统计分析方法研究了该江段营运船舶发生散装化学品泄漏事故的概率,为4.46×10^-3次/年。利用Chemmap数值模拟方法模拟该江段在不同径流量、风向、潮流等环境条件下发生泄漏事故后的污染物迁移轨迹。基于风险识别和评价,以及数值模拟得到的污染迁移轨迹及关注点受污染程度,从降低事故风险概率和减轻事故后果两方面提出了防范和应急措施。     

浅埋软岩隧道大变形特征及控制措施

为了解决浅埋软岩隧道在开挖过程中发生大变形的问题,依托在建隧道工程,分析隧道初支变形及破坏特征,并利用数值模拟软件对大变形原因进行分析,提出合理的变形控制措施。结果表明：洞口浅埋段围岩受到开挖扰动和地下水影响,围岩变形量大,纵向变形分布不规律;开挖初期变形快且变形速率大,最高达到38.4 mm/d;变形持续时间长,变形后期能达到10.2 mm/d;变形主要发生在上、中台阶开挖阶段,约70%;初支应力过大,且塑性区过度发展是隧道发生大变形的主要原因。根据现场监测数据和数值模拟结果提出优化工法、提高支护参数、进行洞内降水和加大预留变形量的综合处治措施。研究结果可为类似软岩隧道的大变形预防与处置提供参考。