基于任意拉格朗日-欧拉法的盾构刀盘土体切削仿真

针对盾构刀盘切削土体的问题,提出了基于有限元和高性能计算方法的大规模数值模拟方法.建立了盾构和土体的三维分析模型,并且充分考虑到土体的材料非线性,利用动态显示算法进行了基于国产“曙光4000A”高性能计算机的大规模流固耦合分析.仿真采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE),解决了土体大变形造成的有限元单元畸变问题,预测土体-刀具相互作用的过程;将修正的Drucker-Prager塑性土体模型作为土体的非线性有限元模型,其仿真方法和结果可以为未来盾构机的刀盘设计提供参考.     

基于FLAC3D的岩体初始高水平构造应力场反演方法

为探讨深部岩体工程初始高水平构造应力场的数值模拟反演方法,采用三维有限差分法FLAC~(3D)分别对位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件及基于初始应变能理论的反演方法进行数值试验对比分析。结果表明:在模拟岩体初始高水平构造应力场过程中,位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件三种方法均不能满足要求;而基于初始应变能理论的反演方法效果较好,将该方法应用于狮子山矿区地应力场的反演分析,计算表明各测点的地应力反演值与实测值之间误差在允许范围内,进一步验证了该方法模拟计算岩体初始高水平构造应力场具有较好的可靠性,研究成果为深部岩体工程高水平构造应力场的反演计算方法提供了参考。     

基于神经网络与有限元法相结合的初始地应力场反演分析

目前,对于初始地应力场的测试主要采用现场直接量测法,而采用神经网络与有限元法相结合的反演分析法越来越成为了一种有效途径.结合广东第五抽水蓄能电站工程实例,利用神经网络与有限元分析相结合的方法,以及BP神经网络结构和ADINA三维有限元模型建立岩体参数、边界条件与地应力场的映射关系来反演初始地应力场.模拟计算与实测结果的对比表明:采用该方法进行初始地应力场的反演计算是可行的,计算结果是合理的,对类似工程具有一定参考价值.     

冲击地压的构造应力条件

为建立大安山矿冲击地压危险性与井田地应力场之间的内在联系,结合大安山矿地应力测量结果,全面分析了大安山矿地应力场的类型、作用特征及其与区域构造的关系.分析大寒岭倒转向背斜的形迹、剖面特征及其对井田地应力场的影响,采用数值模拟方法对研究结果进行验证.研究表明:水平构造应力在大安山井田应力场中起控制作用,井田应力场为典型的构造应力场,井田内最大主应力为NW-SE向.大寒岭倒转向斜发育的次级褶皱——百草台倒转向斜轴部区域应力集中,为向斜南翼的2~3倍.大安山矿处于极高应力状态,具备发生冲击地压的构造应力条件.     

考虑注采关系的三维地应力场数值模拟研究

在油气田开发过程中,地应力受注水、火烧油层等因素的影响状态发生改变,对油气生产有较大的影响。以地下流固耦合理论为基础,建立了考虑油水井注采关系的地应力场的数学模型,应用有限元方法考虑孔隙压力变化的三维应力场有限元数值模拟;应用组合网格法解决地层尺寸和井口尺寸的巨大差异造成的计算困难;以油田地质和开发实际数据作为计算输入,通过三维地应力场数值模拟系统计算得出油田注采开发时的流体压力、饱和度、固体变形以及应力场在空间的分布和时间上的动态变化情况;其结果为油田开发采取适当措施,达到最优开采目的提供可靠的依据,同时也为后期开发调整、重复压裂、套管损坏预测等提供理论依据。     

带钢热镀锌数值模拟

利用计算流体力学的方法研究气刀冲击射流.应用FLUENT软件,采用可实现k-ε模型着重对气刀压力场进行数值模拟.数值计算结果揭示了气流刮锌过程中带钢面上的压力分布趋势,并与实验数据进行了比较,模拟结果与实验数据符合较好.这表明,用可实现k-ε模型来预测冲击射流是比较准确的.在此基础上,研究了影响镀锌层厚度的几个因素,发现一些规律,为带钢热镀锌机组设备的进一步研究和优化设计提供了参考和依据.     

基于“地质-工程”耦合平台的顺北断溶体储层地应力分布规律分析

顺北油田是一种碳酸盐岩断控裂缝-洞穴型储层,该类型油田通常采用水力压裂改造的方式进行开采,以提高储集体的连通性能。在水力压裂过程中,三维地应力场是影响裂缝扩展轨迹的重要因素之一。因此,研究三维地应力场的精细空间分布是水力压裂工艺需要解决的首要问题。针对裂缝-洞穴型碳酸盐岩储集体的水力压裂改造过程地应力场空间分布模拟不精细的问题,本文开发了“地质-工程”耦合平台。该平台可将地质模型转换为适用于AiFrac数值仿真软件的模型,实现了对储层三维地应力场的精细刻画。基于角点网格建立的三维地质模型,采用数值仿真软件进行三维地应力场的模拟,既可以保留储层的复杂地质构造特征,又可以利用数值仿真软件强大的计算能力,实现了地质模型和数值仿真一体化。为了验证本研究方法的有效性,本文基于前期已有的地应力测量数据,对顺北油田三维地应力场进行了分析计算。研究结果表明,断裂带对地应力场的大小和方向有显著的影响,主要表现在断裂带的规模、倾角、走向以及形态等因素在不同程度上均对地应力状态产生影响。本文提出的三维地应力场精细模拟方法可有效研究断溶体储层区域及内部、不同断裂带交汇区三维地应力场分布规律,从而为现场施工工艺参数的选择提供了重要依据。     

基于偏最小二乘法的地应力场拟合

采用偏最小二乘回归分析方法分析矿区地应力场分布.以乌鞘岭隧道岭脊地段的有限测点的地应力测量结果为样本,使用商业有限元软件ANSYS对岭脊地段区域的地应力场进行数值模拟.利用地应力实测数据与计算结果进行偏最小二乘回归计算,得到拟合的地应力场数据.与传统最小二乘分析方法相比,本文的方法通过主成分分析,可以有效解决多因变量回归计算时由于响应变量之间较高的相关性而导致的回归计算误差,并可以有效地反映变量间的关系,为地应力场的建立提供有效的数据支持.     

盾构机密封舱土压力分布的有限元数值模拟

为了确定盾构机密封舱渣土的非线性本构模型及其模型中的参数,提出了基于三轴压缩实验数据的参数反演方法。基于土压力理论,建立了盾构机掘进工作面土压力分布模型。基于Duncan-Chang非线性双曲线本构模型,数值模拟了土压平衡盾构机密封舱内的土压力分布特性。数值模拟结果表明:密封舱隔板上的土压力与掘进工作面土压力存在压力差,其大小与刀盘开口率有关。数值模拟的密封舱内土压力分布场为密封舱土压力分布式控制系统提供了参考模型。     

基于ALE方法的油水两相流固耦合模型研究

文章应用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)对油水两相流固耦合问题进行了研究;详细推导了ALE描述下的两相渗流与变形多孔介质的耦合数学模型方程,解决了孔隙骨架变形介质与渗流方程的统一描述问题;通过编制相应的ALE有限元程序,分析了注水驱替过程,检验了所提出的模型及相关数值算法.对该模型方程讨论发现,若取ALE网格移动速度为岩层骨架变形速度将简化两相渗流方程,降低数值求解难度.