黄土场地水平受荷桩的应变楔计算方法改进

应变楔方法是一种能较好地考虑桩土相互作用和土的非线性本构关系的水平受荷桩理论计算方法,桩-土相互作用模式和土的本构关系是应变楔方法研究的切入点和难点。在已有应变楔模型的研究基础上,结合结构性黄土联合强度,将黄土的抗拉强度引入应变楔法计算中,对桩前应变楔土体的水平应力增量Δσ_h、发挥摩擦角φ_m和桩侧剪应力τ做出改进,并通过算例验证了改进计算方法的适用性。计算结果表明：改进计算方法适用于黄土场地水平受荷桩的计算,迭代算法和流程可靠;考虑黄土抗拉强度的水平应力增量Δσ_h和桩侧剪应力τ的计算值略微偏小,发挥摩擦角φ_m的计算值会略微偏大,导致考虑黄土抗拉强度的桩顶位移和桩身弯矩最大值比不考虑黄土抗拉强度的计算值略微偏小,但和现场试验实测结果基本一致。     

小潜深充压式轻质防水耐压舱设计及分析

基于跨介质飞行器对小潜深、轻量化、严密封的综合控制舱的迫切需求,设计了一种充压式复合材料防水耐压舱。通过预先充入2 MPa气体产生内压以抵抗水下200 m附近工作时的外部静水压力,使舱体处于轻微受力状态,最大程度减小舱体壁厚,进而实现轻量化设计。开展舱体纤维铺层角度和铺层厚度等设计,建立有限元模型,对其刚度、强度和稳定性进行校核,并通过5轮充压2 MPa并浸泡、保压48 h测试,验证结构安全性和密封可靠性。设计的3 L容积耐压舱总质量仅390 g,比常规结构减重22.4%。本方法有望为后续跨介质飞行器控制舱设计提供参考。     

破碎岩石内水力裂缝扩展数值模拟研究

爆炸-水力复合压裂是深层页岩油气开采的新型方法,即通过水力压裂的方法在爆炸后井筒周围形成的破碎岩石中使水力裂缝迅速在破碎岩石内竞争扩展,形成复杂缝网,对深层页岩油气的开采具有重大意义。在最大能量释放率理论基础上,首先推导了破碎岩石内裂缝扩展能量释放率计算式,然后结合内聚力单元和随机泰森多边形,建立了破碎岩石内水力扩展模型,分析了应力差、破碎单元数量、断裂韧性比、施工排量和井周初始裂缝数量对水力裂缝扩展的影响规律。研究结果表明：（1）应力差从1MPa增大至9Mpa时,裂缝总长度和平均裂缝延伸速率分别降低了37.79%和33.11%;（2）断裂韧性比的增大会极大地提高破裂压力从而减小应力差的干扰,且断裂韧性比从0.1增大至0.5时,总缝长提高了38.46%,同时也导致平均裂缝延伸速率降低了32.10%;（3）排量和井周初始裂缝条数均与裂缝总长度和平均裂缝延伸速率均呈正相关,但破碎单元数几乎不会改变裂缝延伸速率,并与裂缝总长度呈正相关。     

准噶尔盆地东部石炭系优质火山岩储层特征及分布规律

为研究准噶尔盆地东部石炭系优质火山岩发育规律,通过野外踏勘、岩心观察、铸体薄片鉴定、孔渗分析、测井及地震分析方法研究了火山岩储层特征及分布。结果表明：石炭系火山岩主要岩性岩相以溢流相安山岩、爆发相凝灰岩为主,其次为溢流相玄武岩、爆发相火山角砾岩;火山岩储层中气孔+溶蚀孔和溶蚀孔+裂缝型孔隙为有利的孔隙组合类型,溢流相玄武岩、安山岩和爆发相火山角砾岩储层物性最好,为优质储层发育岩性;优质火山岩储层发育受火山喷发环境、岩性岩相及后期构造改造综合控制,火山岩喷发环境决定了储集空间的发育程度与规模,水上喷发环境造成火山岩原生气孔较为发育,后期淋滤溶蚀改造较为强烈,因此水上喷发环境的火山岩储集性能要好于水下喷发环境;石炭系火山活动具有沿断裂呈串珠-中心式分布的特征,受到构造活动影响,靠近断裂的储层发育有大量的裂缝,对火山物性的改善至关重要,靠近断裂还可沟通烃源岩与储层,为后期有机酸溶蚀创造有利条件。可见准噶尔盆地东部石炭系火山岩油气勘探潜力巨大,火山岩储层中靠近断裂的水上近火山口爆发相和水下近火山口侵出相是最有利储层发育带,有利的火山岩区带主要分布在准噶尔盆地东部滴西地区、五彩湾地区和东部大井地...     

高温后花岗岩循环加卸载力学行为数值模拟

高放核废料处置库在开挖和使用过中围岩不断承受周期荷载,进而影响了高放核废料处置库的安全稳定。基于此,本文使用数值模拟方法研究了高温作用后花岗岩循环加卸载力学行为,在得到一组可以反映高温作用后花岗岩三轴压缩力学行为细观参数的基础上,分析了温度及围压对循环加卸载应力-应变曲线、弹性模量和破裂过程的影响。研究结果表明,常温下循环加卸载应力-应变曲线与单调加载吻合较好,循环加卸载造成宏观裂纹两侧晶粒脱落;600°C高温处理后,单轴循环加、卸载过程都会对应微裂纹增加,导致应力-应变曲线偏离较多。而高围压限制了卸载过程微裂纹数目增加及Felicity效应,循环加卸载峰值强度与单调加载差距明显减小,但循环加卸载会造成宏观裂纹两侧出现晶粒压碎现象。弹性模量随循环次数变化主要分为峰前阶段、峰后破裂阶段及残余强度阶段。600°C处理后试样内存在大量热裂纹,弹性模量峰前阶段会存在明显上升阶段,且对围压更加敏感。     

岩石风化程度对土岩双元基坑变形的影响

土岩双元基坑是指开挖深度范围内,上部为土层,下部为岩层的基坑。由于下部岩层的力学性质与土层差异较大,因此传统纯土体的一元结构基坑相关理论与经验对该类基坑的适用性较差。本文利用FLAC3D有限差分软件,建立不同岩石风化程度的土岩组合基坑计算模型,研究不同岩石风化情况下土岩双元基坑的变形规律,并用连续-离散耦合模型模拟土+破碎岩石基坑失稳过程。结果表明：若岩层完整,最大水平位移出现在土层中,岩层中水平位移很小;若岩层为破碎状,最大水平位移有可能出现在岩层中;岩层中的粘土夹层也可能是基坑最大变形出现的部位;破碎岩石内部的破坏是同土层同步发育的,最终二者一起发生整体滑移破坏。了解基坑的变形规律,有助于针对性地采取加固措施,对破坏区域的细观研究为基坑支护设计提供了依据。     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42mm,最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79Mpa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

基于离散元方法的层理发育地层水力裂缝扩展规律

层理发育是页岩储层的典型特征,水力裂缝能否穿过层理面继续扩展决定了裂缝形态的复杂程度,其中层理强度是影响水力裂缝穿层行为的关键因素。为了探究层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,采用块体离散元方法,分别计算了层理面的抗剪强度(黏聚力)和抗拉强度对水力裂缝在层状地层内扩展行为的影响。结果表明,水力裂缝遇到水平层理后的形态可分为转向层理面扩展和继续竖向扩展两种类型。层理面强度对水力裂缝的穿层能力具有显著影响,当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较低时,水力裂缝的穿层能力差,水力裂缝不能穿过层理;当层理面的抗拉强度和抗剪强度均较高时,水力裂缝的穿层能力增强,水力裂缝穿过层理面扩展;当层理面的某一个强度较低时(抗拉或抗剪),则低强度因素成为主控因素,另一强度参数的增加不会改变水力裂缝的穿层能力。厘清了层理强度对水力裂缝穿层行为的影响,对层理发育地层的水力压裂施工具有重要的理论指导意义。     

多工况载荷作用下脐带缆终端承载能力计算研究

脐带缆终端是水下脐带缆关键的硬件设备,其在深海环境承受载荷复杂恶劣,对连接系统的承载能力提出了更高的要求。以南海某气田使用深水脐带缆终端为研究对象,基于国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)和挪威船级社(Der Norske Veritas, DNV)相关标准,对脐带缆终端外结构部件按弹-塑性和纯弹性应力分析方法建立有限元模型并进行数值分析,得到其在生产工况下的轴向载荷能力、剪切载荷能力、弯矩能力和扭矩能力,并分析了不同吊装提升方式对深水脐带缆终端承载能力的影响。分析结果表明：正常生产工况下计算所得承载能力均满足相关标准评价指标;不同吊装提升方式对深水脐带缆终端承载能力影响不同;与两点提升吊装方案相比,四点提升吊装方案更不容易产生应力集中,满足安全强度要求。研究成果可为脐带缆终端设计和现场应用提供理论基础和技术参考。     

彬长矿区南部诱发冲击地压覆岩关键层探讨

为分析彬长矿区南部煤矿覆岩关键层的位置,给煤矿冲击地压提治理供技术及理论支撑,采用关键层理论值计算、数值模拟分析以及微震事件验证的综合判定方法探讨了诱发彬长矿区南部煤矿冲击地压的主控层位。经理论值计算,煤层上部200 m覆岩具有三层关键层,从上而下依次是距4#煤层顶板160 m宜君组砾岩坚硬层层、距4#煤层顶板76 m的安定组底界砂岩坚硬层层以及距4#煤层顶板35 m的直罗组底部砂岩坚硬层层。结合数值模拟计算,在起始开挖过程中,煤层顶板约35 m处直落组底界砂岩出现应力集中;随着开挖深度的增加,煤层顶板76 m附近的安定组底界砂岩层逐渐成为水平应力最大部位。综合微震数据的结果,认为煤层顶板35 m处的直落组底界砂岩与煤层顶板76 m处的安定组底界砂岩层均为引起煤矿冲击地压的关键层位,容易产生能量集中,是矿井冲击地压治理的主要目标层位。