级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法

为了从本质上揭示级配碎石组成结构与力学性能的内在关系,基于2维颗粒流软件提出了级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法,并通过该方法以安康瀛湖石灰岩碎石为例研究了级配碎石的力学性能.结果表明:不同级配碎石的CBR(california bearing raio)、剪切强度和抗压强度的实测值分别为495%~692%,592~802kPa,1.29~1.54MPa;相应的模拟值分别为525%~736%,636~839kPa,1.34~1.54MPa;平均误差分别为4.50%,5.07%,5.15%.模拟结果与实测结果基本吻合,证明颗粒流数值模拟方法应用于级配碎石力学性能研究中的可行性.     

基于颗粒流程序的矿区重载下级配碎石分析

为了研究矿区重载作用下级配碎石的细观力学响应,利用颗粒流程序构建了不同厚度级配碎石的矿区道路细观结构,在施加矿区典型矿车荷载条件下,追踪了道路结构内部颗粒的接触力、位移变化情况,并监测了荷载作用下级配碎石底部平均应力、轮胎中间竖向位移.结果表明:施加重载后,细观模型内部的接触力网和位移矢量出现各向异性,主要分布于荷载下方,随着深度的增加,荷载的影响逐渐减小;在厚度为40 cm时测量圆1和测量圆3的配位数最大,测量圆2在45 cm时配位数出现最大值;随着厚度的增加,XX和YY方向平均应力基本呈增加的趋势,在45 cm处出现峰值;最大接触力和平均接触力的最大值所对应的厚度分别为45 cm和40 cm;左右轮胎中间竖向位移在厚度为45 cm时出现最小值;矿区重载级配碎石层的推荐厚度为40～45 cm.     

基于混合优化算法的岩体渗透系数反演方法

基于遗传算法全局搜索能力强和梯度优化方法收敛速度快的特点,考虑渗透系数反演问题本身的特性,在遗传算法的全局搜索过程中加入基于梯度的局部搜索过程以构造混合优化方法.所提出的算法在保证全局搜索能力的同时,具有较快的收敛速度.结合工程实例检验了所提出算法的全局最优性和快速收敛性.     

各向异性连续介质渗透系数的反分析法及其应用

根据对渗透特性不同的连续介质（如岩层或岩区）所作若干点渗透压力的测定， 建议一种基于有限单元法的反分析法，可求出表征各向异性岩体渗透特性的渗透系 数，将此法针对正问题作验证计算，所得结果十分理想。     

土石混合体原位试验的颗粒流数值模拟分析

基于颗粒流理论和PFC程序,解决了不规则碎石(clump)的生成、恒定法向荷载施加、剪切面的含石量等问题后,建立了土石混合体原位试验的颗粒流数值模型,对不同含石量、法向应力下土石混合体的直剪试验进行模拟,并与原位直剪试验的结果进行比较.结果表明：随着含石量增加,剪切应力及其峰值增大,剪切应力峰值对应的剪切位移减小;在低法向应力条件下,土石混合体表现为剪胀;在高法向应力下,土石混合体表现为先剪缩而后剪胀,并呈现出压剪破坏特征;剪切面附近分布的不规则碎石在剪切过程中出现挤压滑动与滚动,使得剪切破坏面出现凹凸,而且剪应力、法向位移、应变能随剪切位移增加而出现波动和平缓段;数值试验所得剪切应力峰值略高于其试验值,减小模型颗粒半径,可以有效降低计算的剪切应力峰值.     

透水基层材料渗透系数测试

通过查阅国内外资料和进行大量室内试验 ,确定了级配 型沥青碎石和级配 型水泥碎石两种透水基层材料的配合比。并通过自制的沥青处治碎石渗透系数测试仪和水泥处治碎石渗透系数测试仪 ,分别测定了上述两种透水基层材料的渗透系数。     

基于离散元法的二元颗粒流剪切分离机理分析

为了解决颗粒分离的解释机制众多、尚未完全统一的问题,进一步揭示剪切分离更深刻的机制,采用开源软件LIGGGHTS构建三维离散元剪切模型,分析大颗粒周围的空间排列结构,探讨摩擦力、壁面、尺寸差异、惯性等因素对空间结构变化的影响。结果表明：大颗粒能够向上爬升是在2种机制共同作用下进行的;小颗粒群在竖直方向存在速度梯度,层与层的动量传递发生损耗;大颗粒的尺寸效应体现在对前上方小颗粒动量传递模式的改变,由此产生空隙;大颗粒前期靠挤压上升,空隙的产生是大颗粒上升的充分条件;大颗粒后期在后传递颗粒的旋转传动下,沿着小颗粒表面上升。     

碎石颗粒堆的崩塌响应分析

试验模拟了碎石颗粒堆在匀速加载作用下的受力及崩塌情况;研究了崩塌产生的频率及幅度,分析了影响崩塌产生的因素。结果表明荷载大小及碎石颗粒表面情况对碎石颗粒堆的崩塌产生显著影响。对匀速荷载下碎石颗粒堆的崩塌响应给出了理论解释。     

基于颗粒流的粒状岩土材料高应力破碎分析

提出了基于颗粒流方法的黏结键断裂百分比作为数值模拟中颗粒破碎的新的度量方法.通过颗粒流方法中的接触黏结模型与CLUMP模型对高应力下岩土类材料的破碎过程进行了数值模拟分析,模拟了高应力下粒状材料的双轴剪切试验,数值试样由540个簇颗粒单元组成.数值试验结果显示:在颗粒破碎情况下,数值试样的峰值强度小于不破碎情况下的峰值强度;围压与黏结键断裂百分比表示的破碎率呈幂指数关系;随着围压的增加,颗粒破碎率增加,颗粒材料的摩擦角减小.     

岩样非Darcy流的渗流特性试验研究

通过对岩样渗透试验数据回归得到岩样的渗透特性（非Darcy汉因子β，非线性指数n，渗透系数K）与轴向应变的关系，并将多块岩样渗透特性的回归值进行统计，得到岩石的渗透特性。     

基于气井防砂砾石粒径构成特征的砾石堆积孔喉直径研究

本文根据气井防砂砾石的粒径构成特征及完井防砂砾石充填是多种粒径砾石混合而成的堆积碎散性特征,通过剖析高压充填条件下混合粒径砾石堆积的排列结构,建立砾石堆积孔喉直径结构理论模型,推导出计算砾石堆积孔喉直径尺寸的公式。同时,通过理论计算分析了砾石颗粒的粒径比对砾石堆积孔喉直径尺寸的定量影响规律,为水合物试采井防砂砾石粒径的选择提供了理论依据。     

一种定量描述油藏渗透率水平非均质性的新方法

基于多孔介质中的渗流过程,定义了一个定量评价油藏渗透率水平非均质性的新参数———非均质系数.均质时非均质系数最小,其值为1,非均质时其值大于1.该参数与渗透率数列的统计性质无关,仅取决于渗透率数列的非均质性.分析表明,它能很好地定量评价渗透率数列的非均质性及其对渗流过程的影响.     

泥石流宽级配砾石土结构特征实验研究

泥石流堆积物是一种宽级配砾石土,深入研究其结构特征和渗透特性,具有重要的理论和实践意义。根据粗细颗粒的含量,提出了接触式堆积、紧密堆积和基底式堆积三种结构类型,并通过实验进行了验证和分析;分析表明,细粒含量是决定宽级配土结构的关键。击实实验显示土中细颗粒含量达到16.52%时,干密度最大;渗透实验也表明此时其渗透性接近细粒土的渗透性;数值模拟表明,细颗粒含量达到22.23%时,孔隙率最小。理论分析和实验研究认为,宽级配砾石土中紧密堆积结构的细颗粒含量上限应为20%,超过这个含量,粗颗粒的骨架作用会被减弱,强度降低。     

裂缝性低渗透油藏渗流规律实验研究

对某油田断块含天然裂缝的低渗透储层渗流特征进行了实验研究。本实验在常规渗流实验岩心夹持器末端增加了一套回压控制装置，渗流实验过程中，通过给岩心施加不同的回压，模拟了储层在变压条件下的流体渗流情况。得到了裂缝性低渗透储层岩心水相渗透率随回压的变化曲线。实验结果表明，裂缝的存在对低渗透储层的渗流特征有明显的改造，裂缝开启前，储层渗流可以看作是基质岩石渗流，裂缝对渗流的影响不大;裂缝开启后，由于其渗流能力较强，将发挥主要的渗流通道作用。     

基于有限元的不同粗糙度裂隙等效渗透性预测

含裂隙岩体的渗透性预测是分析油气开采、污染物迁移等渗透问题的基础。采用自行编写的子单元程序来求解不可压缩黏性流体的稳态Navier-Stokes流动方程,通过引入周期性边界条件(periodic boundary conditions, PBC)来消除以往的数值模拟中仅选用一小段裂隙而忽略裂隙延伸长度所产生的误差,并采用该方法探究了节理面粗糙度系数(joint roughness coefficient, JRC)、裂隙宽度以及裂隙两表面相互错动对裂隙渗透性的影响。结果表明：随着裂隙宽度的增大,JRC值对渗透性的影响减小;仅使用JRC值无法精确评估裂隙的渗透性。     

垂直井砾石充填防砂最小排量的确定方法

将水平管中清水及低粘液体携砂时的临界流速公式用于计算垂直井砾石充填防砂的最小排量 ,研究了垂直井低粘液体及清水携砂液临界流速计算公式的特点及应用条件 ,分析了射孔孔眼临界流速及防砂井最小排量的影响因素 ,并利用现场数据计算了防砂井最小排量。结果表明 ,射孔孔眼直径及携砂比增加时 ,临界流速增加 ;射孔密度、射开厚度、孔眼直径及临界流速增加时 ,砾石充填最小排量也增加。提出的临界流速计算方法可用于现场施工排量的设计 ,携砂液初始排量接近或高于临界排量是保证防砂成功并获得较长有效期的根本条件。     

自然崩落采矿法的颗粒流数值模拟

以自然崩落采矿法为研究对象,利用二维颗粒流数值模拟(PFC2D)的原理和方法,研究了自然崩落法矿体崩落规律. 以某镍铜矿的地质条件及矿岩物理力学性质为依据,采用数值模拟的方法分析了自然崩落法的崩落规律. 结果表明:PFC2D模型在分析自然崩落过程中力学机理的同时,能有效地模拟自然崩落法采矿过程,并且能直观地给出矿体在崩落过程中各种参数的具体形态变化. 利用PFC2D模型预测该镍铜矿自然崩落法初始崩落拉底半径为10 m,连续崩落的拉底半径为22 m,有效地指导该矿自然崩落法的放矿.     

利用渗透张量法求取裂隙岩体渗透系数的随机误差分析

利用渗透张量法求取裂隙岩体的渗透系数是目前在求取裂隙岩体渗透系数中运用最广泛的方法之一.作者在分析裂隙岩体渗透张量计算公式的基础上,提出了利用渗透张量求取裂隙岩体渗透系数的误差的主要影响因素,详细论述了各因素对计算结果的影响.以此为出发点,利用误差的传递定律推导出了充填裂隙岩体和张开裂隙岩体的随机误差计算公式,并结合实际工程问题分别对充填裂隙和张开裂隙两种情况下利用随机误差公式进行了的误差分析.工程实践表明,误差分析的结果是合理的、可靠的.该误差公式的提出为修正利用渗透张量计算裂隙岩体渗透系数提供了一种新的思路和方法.     

确定光电探测器线性响应系数的一种新方法

在激光粒度分析仪中,光电探测器各环对光强的线性响应能力常具有一定分散性,通过数学方法环的响应能力,使其具有一同一性的对提高仪器的测量精度有着十分重要的意义,本文提出了一种确定光电探测器各环动态响应校正系数的新方法。     

尾矿砂土渗透系数与其埋深之间的关系分析

通过对四川马家田尾矿的渗压试验,进行了尾矿孔隙比,上覆土压力和渗透系数的拟合分析,建立了尾矿的孔隙比与上覆土压力,渗透系数与孔隙比和渗透系数与上覆土压力三种数学关系,并进一步提出了尾矿的渗透系数与其埋深的数学模型,该模型适用于尾矿堆积坝和土石坝的渗透系数取值。