轴压水压下井壁混凝土强度准则与承载力研究

为解决含水基岩段井壁结构设计安全性问题,基于相似模型理论,将混凝土强度等级、厚径比、配筋率作为井壁承载力的影响因素,设计并完成9组模型试验。采用轴压水压逐级加载方式,研究相应条件下井壁混凝土应力应变特性、破坏特征与机制,建立井壁混凝土强度准则及其结构承载力计算公式。结果表明:井壁大致呈压剪破坏状态,井壁混凝土应力内侧大外侧小;获得的强度准则与现行矿井设计准则相比验算精度更高,偏差范围为-6. 00%～6. 94%;随着混凝土强度等级提高,井壁承载力呈线性增加趋势,平均每提高10 MPa,承载力增加11. 04%,而提高配筋率对井壁承载力影响极其微弱,且不利于控制造价。     

二叠系火成岩地层井壁稳定性分析

火成岩地层是井壁失稳的高危地层,目前针对火成岩井壁稳定性研究缺乏系统分析。基于此,考虑火成岩结构,形成了多结构面强度准则,利用准则构建火成岩地层坍塌压力预测方法,分析该类地层井壁稳定性。研究结果表明:火成岩弱结构面发育,易导致岩石沿结构面破坏,从而降低岩石强度;结构面存在时,坍塌压力分布复杂,尤其弱面数量增多,岩石强度逐渐受弱面控制,坍塌压力显著上升;同时,水化作用也会导致地层坍塌压力增加;水化与弱结构面是火成岩地层井壁失稳的主要因素,考虑两者耦合作用是建立井壁稳定技术的关键。     

基于Mogi-Coulomb强度准则的井壁稳定性力学分析新方法*

传统井壁坍塌失稳分析模型是基于M-C破坏准则而建立的，该方法忽略了中间主应力对岩石强度的影响，常使得预测的钻井液密度过于保守。为此，引入考虑中间主应力的Mg-C破坏准则建立任意井眼的井壁稳定性评价新模型，通过数值模拟法分析了不同地应力状态下的井斜角和方位角对井壁稳定性的影响。研究结果表明: Mg-C准则克服了M-C准则忽略中间主应力低估岩石强度的影响，其计算结果略低于M-C准则的计算结果，有助于提高钻速，降低钻井成本；正断层地应力状态时，沿最小水平主应力方向钻进时，井壁稳定性最好；走滑断层地应力状态时，沿最大与最小水平主应力之间的某一临界角钻进时井壁最稳定；逆断层地应力状态时，沿最大水平主应力方向钻进时井壁最稳定；该模型有助于指导现场钻井井眼轨迹的优化设计及安全施工。     

深水钻井热交换作用下的井壁稳定性分析北大核心CSCD

为了研究深水钻井过程中热交换作用对井壁稳定性的影响规律,建立了钻井液、钻柱、海水和地层各介质热交换作用下温度控制方程,根据热弹性理论计算温度变化对井周应力的影响,结合地层强度准则与拉伸破坏准则确定深水井壁坍塌压力与破裂压力。结果表明,钻井液循环对地层产生的冷却作用能够降低井壁坍塌压力与破裂压力,但破裂压力降低幅度比坍塌压力的降低幅度稍大。因此,尽管钻井液的冷却效果能够抑制井壁坍塌,但应注意低温度的井壁更易形成诱导缝,甚至引发地层漏失。计算结果对深水钻井作业具有指导意义。     

深水钻井热交换作用下的井壁稳定性分析

为了研究深水钻井过程中热交换作用对井壁稳定性的影响规律,建立了钻井液、钻柱、海水和地层各介质热交换作用下温度控制方程,根据热弹性理论计算温度变化对井周应力的影响,结合地层强度准则与拉伸破坏准则确定深水井壁坍塌压力与破裂压力。结果表明,钻井液循环对地层产生的冷却作用能够降低井壁坍塌压力与破裂压力,但破裂压力降低幅度比坍塌压力的降低幅度稍大。因此,尽管钻井液的冷却效果能够抑制井壁坍塌,但应注意低温度的井壁更易形成诱导缝,甚至引发地层漏失。计算结果对深水钻井作业具有指导意义。     

多向地震作用下软弱围岩桥隧搭接段动力响应试验

为探明多向地震作用下软弱围岩高速公路桥隧搭接段的地震动力响应特性,开展尺寸比例为1∶50的振动台模型试验,以汶川波作为试验加载地震波,在不同加载方式下,测试桥隧搭接段各测点加速度放大系数值,分析其纵向、横向和竖向的加速度响应特征,并明确不同方向的地震波对桥隧搭接段结构的影响。结果表明:横向地震波引起的加速度响应普遍大于竖向地震波;纵向和横向双向耦合方式下加速度响应普遍大于其他耦合方式的加速度响应;双向地震耦合引起的纵向和横向加速度响应均大于单一方向的加速度响应。     

基于反应谱法的桥式起重机地震响应计算与分析

本文介绍了起重机结构对地震波响应的计算原理和方法,重点探讨了反应谱法的特点和计算流程,包括振型分解和振型组合的计算。以1台核电站辅助桥式起重机为例,采用反应谱法进行了地震响应计算,计算结果表明：大车运行机构不需要安装防脱轨定位装置;起重机的横向刚度是薄弱环节,在地震波的作用下,响应幅度值已经超过跨度的1/1 000;桥架结构强度满足设计规范要求。以上结果为起重机抗震设计提供了借鉴。     

油罐区火灾燃烧特性及水喷淋防护作用仿真研究

为提高油罐区火灾的消防应急能力,降低事故后果严重程度,基于动态火灾仿真软件FDS建立油罐火灾后果及喷淋特性仿真预测模型,研究横向风条件下油罐火灾燃烧特性,分析火焰几何特性、温度与热辐射空间分布等关键参数,根据温度与热辐射伤害准则确定危险区域范围,并评估不同喷淋强度对火灾事故的防护作用。研究表明:无喷淋条件时下风罐罐顶下方8 m范围内热辐射强度可能导致钢架结构物倒塌;从标准喷淋强度增大至1.5倍喷淋强度对于临罐的保护作用并没有明显提升。     

横向极板电收尘器特性的实验研究

在同一条件下对横向EP与常规EP的特性进行比较实验,研究结果表明:横向EP具有气流均布性好,运行风速大,体积小,收尘效率高等特性。     

地震作用下列车过桥安全性分析

通过建立的地震荷载作用下车桥系统动力响应分析模型,对不同的高速列车在典型地震荷载作用下通过秦沈客运专线上多跨双线简支箱梁桥的全过程进行了仿真分析,对影响地震发生时高速铁路常用跨度简支梁桥动力响应行为和车辆运行安全的主要因素进行了分析和研究,其结果表明增大桥梁结构的阻尼比可有效改善桥梁本身的抗震性能,但对提高列车在地震时过桥的安全性意义不大;地震作用使车体的横向振动加速度以及脱轨系数、轮重减载率和横向轮轨力等各项安全评价指标均随列车速度的提高而增大,因此,在评价地震作用下高速铁路简支梁桥上列车的走行安全性时,必须考虑列车运行速度的影响;给出了确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值。     

横向极板电收尘器特性的实验研究

在同一条件下对横向ＥＰ与常规ＥＰ物特性进行实验，研究结果表明：横向ＥＰ具有气流均布性好；运行风速大，体积小，收尘效率高等特性。     

第三方挖掘作用下PE燃气管道失效行为研究

针对挖掘破坏导致的城镇燃气管道失效,开展了挖掘作用下管道力学失效机理分析。考虑管土接触作用,建立了城镇燃气PE管道在挖掘齿作用下的三维力学响应分析模型,分析了典型工况下管道的失效过程,讨论了基于应力准则与基于应变准则等2种失效准则的适用性,并开展了影响因素分析。结果表明:机械齿作用下管道主要失效位置为机械齿与管道接触位置两端;采用基于应变的失效准则可以更好地利用PE管材的塑性性能;机械齿的作用位置对管道力学响应影响较小;管径和壁厚的增大能减小管道内的应力,同时能够减小管道的截面椭圆度;内压的改变对管道的力学响应几乎没有影响。以上结果可为城镇燃气管道的力学失效分析与安全评价提供一定的参考。     

基于荷载试验的空心板桥加固效率分析

基于3座预应力混凝土空心板桥在试验荷载下加固前后荷载试验及理论计算得出的板底平均应力和挠度结果,对比粘贴碳纤维筋加固、简支转连续加固和粘贴钢板加固3种方法对简支预应力空心板桥结构的力学性能的提升效果。结果表明,粘贴碳纤维筋加固及粘贴钢板加固方法对结构刚度有轻微提高,对结构的延性及承载力有一定的提高;简支转连续加固方法在荷载作用下挠度减小最为明显,对结构刚度和承载力提升明显,对支点处的抗剪承载力也有所提升。     

均布与梯度应力加载路径下岩爆破坏特征试验

为探究围岩切向应力集中过程中加载应力分布对岩爆特性的影响,利用自主研制的梯度与气液复合加载岩爆装置,对大尺寸类岩体模型进行均布与梯度应力加载路径下的岩爆模拟试验;从岩爆破坏现象、碎屑形态及分布特征等方面,对比分析均布与梯度应力加载下的模型岩爆特征。结果表明:均布与梯度应力加载下的岩爆破坏特性存在明显差异;均布应力加载下,模型岩爆主要形成以张拉破坏为主的片状、板状碎屑,碎屑弹射距离较近,对应的岩爆烈度小;而梯度应力加载下,模型岩爆主要形成以剪切破坏为主的块状碎屑,相对于均布应力加载,碎屑抛射距离更远,岩爆烈度更大。     

页岩层理对井壁稳定性影响分析

为了分析页岩的层理和水化损伤对钻井过程中井壁稳定性的影响,开展室内岩石三轴力学试验测试页岩原始状态和钻井液作用不同时间的力学特性;然后基于孔隙弹性理论和岩石弱面强度理论,综合考虑层理产状和水化损伤对页岩强度的影响,建立页岩地层井壁稳定性分析模型。结果表明:层理产状和水化损伤对井壁稳定性有显著的影响,都会导致坍塌压力升高,加剧井壁的不稳定性。综合考虑页岩的层理和水化损伤两个因素分析地层井壁稳定性,对优化不同时段钻井液性能,调整钻井液密度,保证钻井安全有重要意义。     

高能-钝感复合装药结构冲击波感度数值模拟

为得到复合装药结构对冲击波感度的响应情况,采用显式有限元程序AUTODYN对高能炸药和钝感炸药的复合结构进行隔板试验的数值模拟。分析被发药柱内部的压力时程曲线,并据此判定是否发生爆轰,继而得到反映冲击波感度的隔板值。模拟结果显示复合结构尺寸与冲击波感度的非线性关系,拟合得到的公式可为工程中装药结构设计提供参考依据。这种结构用于战斗部装填设计,能够提高战斗部在冲击波载荷下的安全性。     

横向穿越滑坡段埋地管道应变响应特性研究*

为准确描述横向滑坡作用下管道非线性响应特征,采用非线性自适应网格技术建立横向穿越滑坡段埋地管道三维有限元模型,利用非线性接触模型表征管土之间、滑坡体与非滑坡体之间的相互作用,探究滑坡位移、埋深及壁厚对管道应变响应特性的影响规律。研究结果表明:随着滑坡位移增大,滑坡体与非滑坡体交界区域和管道位移最大区域两侧管道应变显著增大,易发生失效;结合应变失效判定准则分析,管道不发生失效的最大滑坡位移、最小管道壁厚及最大埋深,在本文算例中分别是0.36 m、9.50 mm、0.97 m。因此管道经过滑坡区时,可适当增大壁厚、减小埋深;滑坡发生后,应重点关注滑坡体与非滑坡体交界区域及管道位移最大区域两侧的变形情况。研究结果可为穿越横向滑坡管道的设计及安全运营提供一定参考。     

火灾作用下钢交错桁架结构体系的力学响应分析

钢结构交错桁架结构是一种经济、实用、高效的结构体系,对其在火灾作用下的力学响应进行分析对该体系的抗火设计具有重要意义.采用数值模拟的方法对无防火保护的空腹钢结构交错桁架体系在局部火灾作用下的力学响应性能进行了瞬态过程分析,结果表明:局部火灾下,空腹钢结构交错桁架体系更易发生强度失效;桁架弦杆比腹杆和柱先失效,进行防火设计时应着重考虑弦杆的防火问题.     

挖掘载荷下燃气PE管道损伤分析

为分析第三方挖掘施工下燃气聚乙烯(PE)管道的损伤状况,借助ABAQUS有限元软件研究挖掘载荷作用下燃气PE管道的动力响应与力学特征。建立管道、土体与管-土接触模型,其中管道模型采用Prony级数进行模拟分析;确定PE管道强度、应变和变形失效准则;从挖掘载荷直接作用与未直接作用于管道2方面进行数值模拟。研究结果表明,挖掘载荷作用下,PE管道最易达到强度失效极限;载荷直接作用于管道时,管道的应力集中现象明显,而未直接作用于管道时,载荷主要影响管道的变形;载荷直接作用下,PE管道的安全运行受到严重威胁,而有覆土保护时,载荷对管道失效的影响较小。     

钢筋混凝土矩形梁的当量耐火时间

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度一时间曲线为火作用,以热传导和建筑结构耐火理论为基础,以梁在实际和标准火灾下的承载力相等为等效准则,用数值计算方法研究梁的当量耐火时间,并用最小二乘法导出其计算公式.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,梁的当量耐火时间越长;反之越短.所给梁的当量耐火时间可用于建筑结构性能化耐火设计与评估:当火灾荷载密度较大,开口因子较小时加大梁的截面参数以获得安全性,反之,减小截面参数以获得经济性.