不同下游河道坡降尾矿库溃坝模型试验及下游影响研究

溃坝尾砂流是含有尾砂和土石的暂时性流体，具有演进时间短、破坏性大等特点，对库区下游人民生命财产造成巨大损失。以四川某尾矿库为研究对象，建立室内溃坝模型，研究3种下游河道坡降情况下尾砂流的演进和沉积规律，并引入FLO-2D与室内溃坝模型试验进行参照。研究结果表明:室内模型试验结果与数值模拟结果相似；地势改变对于溃坝尾砂流的演进有着较大影响，沟谷、转弯和地势平缓的区域有利于尾砂的堆积和沉积；尾砂流对下游的冲击力与最大移动速度的平方和流深呈正比例关系，3种工况最大冲击力位置都与最大移动速度或最大流深相邻；根据试验和模拟结果绘制尾砂流致灾影响程度图，可为生产企业新建、扩建尾矿库提供重要的依据，保证下游人员生命、财产安全。     

基于颗粒级配均匀设计的尾矿坝中毛细水上升规律研究

堆积型尾矿坝坝体颗粒级配情况因尾砂排放和堆积的形式而千变万化,因此仅仅采用海森经验公式估算其毛细水上升情况会造成很大的偏差。为此,以湖南某尾矿坝坝体尾砂为原料,采用均匀设计方案设计并配比了8种尾矿砂,随后对该8种尾矿砂中的毛细水上升情况进行了长达10个月的监测,系统地研究了颗粒级配的差异对毛细水上升过程的影响。研究表明,毛细水初期阶段上升速度与尾矿砂中粗粒颗粒含量成正比,其最终上升高度则由细粒含量所决定。进一步地,还得出了由颗粒级配估算毛细水上升高度的方法,为毛细水上升高度计算理论提供了一种新思路和新方法。     

不同冲击方向下高压气体致裂岩石特征试验

为探索含瓦斯煤层增透性,提高抽采率,利用自主研制的真三轴高压气体冲击致裂岩石试验系统,开展不同冲击方向下高压气体致裂试验,试验变量为气体冲击方向与最大水平主应力的夹角,在三向应力的作用下开展高压气体冲击试验,得到冲击方向与最大水平主应力呈现0、30、45、60和90°夹角时岩石破裂形态及声发射响应。结果表明：高压气体冲击致裂岩石过程呈现5个显著阶段,即冲击起裂阶段、气压上升阶段、裂缝扩展阶段、气压稳定阶段和压力衰减阶段;高压气体冲击产生垂直裂缝和水平裂缝,射流角度增加后,垂直裂缝出现偏转,且偏转角度逐渐变大,裂缝偏转点也逐渐远离钻孔,水平断裂面呈现中间低四周高的形态;气体峰值压力随着射流方向与最大主应力的角度增加而增加,从0～90°峰值压力呈线性增长;分析声发射信号发现,岩石冲击破坏以张拉破坏为主、剪切破坏为辅,但随着射流角度增加,逐渐转变为剪切破坏为主的拉-剪复合破坏。     

城市污水处理厂初沉系统沉淀分离特性模拟

利用COMSOL软件模拟和分析了城市污水处理厂辐流式初沉系统三维流态及悬浮颗粒浓度分布状况,并探究颗粒物不同粒径(0.5×10-4m、1×10-4m、2 × 10-4m、3 × 10-4 m)、挡板不同位置(2.5 m、3.0 m、3.5 m、4.0 m)和挡板不同长度(1 m、2 m、3 m),对初沉系统沉淀效果的影响.研究结果表明:1)悬浮颗粒粒径大小对初沉系统内流场和浓度场影响较大,平均粒径愈大,相应的沉淀效果愈好;2)挡板与进水口中心的距离L和挡板长度H对系统的沉淀效果影响明显,当L=2.5 m,H=2 m时,模拟沉淀效果为最优.通过研究掌握初沉系统沉淀和分离特性,并指出可通过优化挡板的位置及长度,构建更为合理的初沉系统运行工况,对进一步指导和优化初沉系统设计革新和建造运行具有一定的实际意义.     

基于改进二元语义的滑坡诱发管道失效可能性评估北大核心CSCD

为评估滑坡诱发管道失效的可能性,识别导致管道失效的主要因素,建立基于改进二元语义的滑坡诱发管道失效可能性评估模型。首先,构建由致灾影响因素、承灾敏感程度和监测治理情况3方面组成的滑坡诱发管道失效可能性评估指标体系;然后,采用网络层次分析法(ANP)和变异系数法确定主客观权重,并基于最小偏差求组合权重;最后,应用改进二元语义的相关分析模型对滑坡诱发管道失效可能性进行分析计算。分析结果表明,将最小偏差理论和改进二元语义结合用于滑坡诱发管道失效可能性分析,使评估结果更加符合工程实际。     

基于改进二元语义的滑坡诱发管道失效可能性评估

为评估滑坡诱发管道失效的可能性,识别导致管道失效的主要因素,建立基于改进二元语义的滑坡诱发管道失效可能性评估模型。首先,构建由致灾影响因素、承灾敏感程度和监测治理情况3方面组成的滑坡诱发管道失效可能性评估指标体系;然后,采用网络层次分析法（ANP）和变异系数法确定主客观权重,并基于最小偏差求组合权重;最后,应用改进二元语义的相关分析模型对滑坡诱发管道失效可能性进行分析计算。分析结果表明,将最小偏差理论和改进二元语义结合用于滑坡诱发管道失效可能性分析,使评估结果更加符合工程实际。     

不同滑坡体积对水下管道冲击作用研究

为有效评估水下管道安全,保障管道系统的可靠性和完整性,采用物理模型试验方法,研究滑坡涌浪作用下,水下管道壁面处涌浪冲击压力的特征。首先探讨滑坡涌浪发展过程;然后分析管道壁面不同测点处涌浪冲击压力和不同体积滑块对管道壁面处冲击压力的影响;最后得到管道涌浪冲击压力与滑块体积的关系式。结果表明:随着滑块体积增大,管道壁面处最大涌浪冲击压力近似线性增长;由于涌浪的叠加、反射,同一工况下,远端测点的最大涌浪冲击压力大于近端测点;在水深、滑坡入水角度相同时,滑块体积越大,管道测点处最大压力值、压力平均值越大,压力的波动程度越大。     

基于颗粒流的溜井冲击破坏规律研究

为了研究溜放矿石在溜井中的运动及冲击规律,以某金属矿山主溜井为研究对象,简化溜放矿石冲击井壁的模型为颗粒流撞击墙的模型,以运动学理论分析结合离散元程序模拟分析了溜放矿石在井筒内的运动规律及对溜井井筒的冲击破坏规律。通过理论计算及数值分析揭示了溜井溜放矿石在井筒中的冲击位置、冲击水平速度、冲击垂直速度、矿石分散程度、冲击动能之间的内在关系。结果表明,对于百米深溜井,溜放矿石一般经过三次冲击后落入井底,三次冲击对井壁的破坏主要以水平冲击造成,其中第二次冲击最为激烈。通过与C-ALS探测的受冲击破坏的井筒三维形态对比分析,验证了分析结果的可靠性。研究结果不仅可为矿山溜井重点部位加固提供理论支持,而且可以大大节约矿山井巷工程的检修工期及维护成本。     

基于CFD-DEM模拟物料流在转运点处的流动特性

转运点处产生的大量粉尘严重危害生产人员健康及设备安全,为了减少物料颗粒流在该处的产尘量,对颗粒流在输送带转运点处的运动过程进行了数值模拟。模拟依据流体力学基本控制方程和颗粒运动方程的基础理论,其中湍流模型选用RNG k-ε两方程模型,方法采用CFD-DEM双向耦合。经颗粒运动分析和压力流场分析,结果表明:物料颗粒流在转运点处的运动过程呈现出3个运动阶段:弧形下落、碰撞反射、稳定运输。根据这3个阶段的颗粒流运动规律及流场变化情况,改进了一种符合气固两相流流动规律的弧形防尘罩及溜槽,维持物料稳定流动,降低了下落时的动能和产尘量。     

辐流式二沉池两相流数值模拟优化研究

用计算流体力学的方法对城市污水处理厂二沉池进行了优 化设计.利用改进的RNG κ-ε模型和多相流混合(Mixture)模型,在 沉淀池外部结构不变的情况下,对辐流式二沉池中部无挡板和有挡板 两种情况下的质量浓度场、颗粒沉降速度和沉淀效率进行了数值模 拟.在此基础上加入稀疏颗粒,采用离散相模型(DPM)对悬浮物颗粒 在沉淀池中的运动轨迹进行了追踪模拟.结果表明,沉淀池中固相颗 粒的行为和分布受湍流和漩涡的影响,显示出与理想沉淀理论不同的 轨迹.水流进入沉淀池后形成异重流迅速向下流动,在池内形成一个 大的回流区.在池半径中部安装竖直挡板能有效增加沉淀池后半部 分的沉速,有利于颗粒物的沉降,能够将沉淀池中悬浮物去除率从 76.9％提高到91.2％,使出水中悬浮颗粒质量浓度降低约62％.     

综放采空区瓦斯与煤自燃多场耦合模拟研究

为了分析瓦斯与煤自燃多场耦合致灾特性,结合瓦斯抽采引起的采空区混合气体流动、气体组分渗流与采空区渗透率变化、固气两相热量传输等多物理过程,建立了基于综放采空区高位钻孔瓦斯抽采的热-流-化多场耦合数学模型,采用COMSOL软件模拟了综放采空区高位钻孔抽采瓦斯诱导煤自燃过程,阐明了瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理,得到了寸草塔二矿31102综放采空区氧化带范围与高温范围,并探讨了抽采强度对综放采空区氧浓度场与温度场的影响。研究结果表明:高位钻孔抽采瓦斯有效地降低了回风巷瓦斯浓度,保证了31102综放工作面安全高效回采。增大综放采空区高位钻孔抽采瓦斯强度不能保证煤自燃安全性,二者存在矛盾,在得到高效抽采瓦斯的同时,会造成进风侧氧化带宽度增加,采空区氧化带边界向深处蔓延,扩大煤自燃高温区域,漏风携氧充分的参与煤氧复合反应,采空区最高温度逐渐上升,煤自燃风险增大。     

湿天然气管道螺旋流水合物浆液安全输送研究

研究了天然气水合物浆液在气液两相螺旋管流中流动特性,分析了以气相为连续相、水合物颗粒为离散相的气固两相螺旋流的流动机理,通过对水合物颗粒受力分析和运动分析,结合螺旋流旋涡结构演化规律,推导出水合物颗粒平动、转动的判断条件,给出了颗粒各种受力的关联式,建立螺旋管流水合物颗粒运动模型,探讨了水合物颗粒的动力学行为。分析水合物浆液流动特性得到临界速度1即水合物浆液从固定床流动向悬浮流转化速度以及临界速度2即水合物浆液从移动床流动向固定床转化速度,为水合物浆液稳定流动提供了理论判据。     

仓面浇筑立体空间冲突致灾过程建模与伤害评价*

为定量评价大坝浇筑过程空间冲突致灾事故后果,通过对缆机运输典型情景进行危害能量运动分解,确定在水平和竖直方向运动方式,阐述危害能量在流动路径相互转化形式;根据能量守恒定律,分析危害能量在吊罐与承灾体碰撞接触之间转移规律,将吊罐与人头部接触过程抽象为带强阻尼的弹簧振子系统,建立危害能量与碰撞冲量相等的动量方程,量化空间冲突致灾后果。结果表明:吊罐坠落危害能量极大,产生的碰撞冲击力与吊罐的运输速度、高度呈正相关,与阻力系数呈负相关,风速、载重对其影响较大。对比2种不同碰撞情景发现,机械碰撞因顶部承载力缓冲,对人头部产生伤害远小于直接碰撞,并对碰撞结果分级评价,研究结果可为大坝浇筑交叉作业空间冲突致灾风险评价提供参考。     

不同颗粒级配尾砂稳态强度特性试验研究

颗粒级配是影响土体剪切强度的主要因素之一。通过配置三组不同级配尾砂试样,每组均在100kPa、200kPa、300kPa围压下分别进行不同初始孔隙比的固结不排水剪切试验,研究不同级配下尾砂的剪切特性及稳态强度特性,求出三种级配尾砂的稳态线及稳态内摩擦角。试验结果表明:在低围压时,各级配下饱和松散尾砂的应力-应变曲线呈软化型,且随着围压增高,软化越不明显。平均粒径越小的尾砂,其峰值强度与稳态强度越小,稳态线越靠近e-q坐标系的原点,即在同一荷载作用下,发生液化的可能性越大。为此,有必要加强细粒尾砂堆筑坝体液化势的评估,以防液化溃坝灾难的发生。     

软岩隧道塌方事故致灾因素耦合分析*

为减少专家主观判断对软岩隧道塌方事故评估的影响,提出1种从事故出发逆推分析事故致灾因素耦合机制的方法。基于142个隧道施工塌方事故案例,系统总结隧道塌方事故致灾因素,对塌方事故的致灾因素出现频率进行排序;从致灾因素之间关联耦合关系出发,结合隧道施工塌方事故的多因素耦合致灾机理,研究隧道塌方事故产生过程的多因素耦合路径和耦合过程;采用N-K耦合模型开展隧道塌方事故多因素耦合路径下的耦合关联值评估,并对耦合关联值进行排序从而找到控制塌方事故发生的致灾因素组合。结果表明:除4个主要致灾因素的全耦合外,围岩岩性-降雨-地下水的耦合关联值是洞身段中最大值,为17.79%,围岩岩性-偏压-地下水的耦合关联值是洞口段中最大值,为24.02%;洞身段的围岩岩性-地下水因素和洞口段的围岩岩性-偏压因素分别对耦合关联值大小起决定影响;耦合关联值不具备叠加效应,2因素耦合关联值可能比3因素耦合关联值更大。研究结果可为提高隧道事故分析与安全防控提供科学依据。     

破碎岩体流变特性及其应用研究

受采动应力和水-岩耦合作用,松散含水层下薄基岩煤层采场易发生出水压架致灾事故,而巷采充填方法是解决此类问题的有效途径之一。为了研究巷道充填后上覆岩层的运移规律,首先采用流变仪对充填岩体进行了流变力学试验,其次采用FLAC模拟软件建立了巷采充填的数值计算模型,分析了充填开采时煤柱与充填体的应力、位移变化规律及基岩面的运移规律。研究表明:破碎岩体的压实过程由三部分组成:颗粒的重排、颗粒的破碎和孔隙的填充、颗粒的压缩变形;蠕变状态下,当时间t≥1天,轴向位移基本趋于稳定,破碎岩体达到了一定的强度;随着充填体变形模量的增加,充填体能够有效抑制高位承载岩层的下沉量,从而减小工作面发生压架突水灾害的几率     

卧式滤筒除尘器的气流组织模拟研究

为了研究卧式滤筒除尘器内部气流的不均匀性问题,采用计算流体动力学软件Fluent对卧式滤筒除尘器内部气流组织进行数值模拟研究。参考目前市面上常见卧式除尘器,设计有、无挡板的2种卧式滤筒除尘器模型,通过分析2种模型下过滤过程的速度分布和滤筒流量分配情况得出:在无挡板模型下存在射流冲刷、气流分布不均等问题,而在进风口加设挡板能解决气流冲刷问题,滤筒流量分配得到明显改善;在相同滤室高度下分别对挡板角度为150°,160°,165°,170°,175°,180°对比发现,挡板角度在165°~170°时其内部气流组织能达到均匀标准。     

突发事件系统优化管理

首先对突发事件类型及要素进行了分析,认为突发事件是由孕育环境、突发事件、社会冲击场三者组成,其最大属性是作用时间的快慢和空间影响范围的大小;其次,对突发事件管理进行探讨,认为突发事件管理涉及致灾因子、社会承灾体、以及监测和预报评估等多方面,对这些方面进行优化设计,可以提高整个突发事件管理系统日常运行和应急效率.     

尾矿库溃坝室外模型试验及灾害预测分析

为真实模拟尾矿库溃坝灾害后果,提高库区下游事故防控能力,以四川鑫联矿业尾矿库为试验原型,应用模型相似理论进行了室外全溃坝试验,探究了2种不同沟槽条件下,溃坝泥石流的流速变化、冲击高度和沉积深度等流动特性,并预测了下游溃坝影响范围。试验结果表明:流速随下游距离近似呈对数函数逐渐降低,且粗糙度对流速影响较大,有土工布时的流速是无土工布时的1.05~1.34倍;最大冲击高度和最终沉积深度是反映下游溃坝影响范围的重要指标,推算出下游5个断面位置的冲击高度在12~20 m,沉积深度6~14 m;在靠近溃坝口处的冲击高度最大,但沉积深度最小,随矿浆泥石流的运动,冲击高度随地形高差交替变化,而沉积深度总体递增。     

城市燃气管线泄漏致灾灾害链研究

为了研究城市燃气管线泄漏致灾灾害链,对灾害链的形成机理进行分析,建立灾害链模型,并通过计算灾害链发生概率对灾害链断链减灾方法进行研究。结果表明,城市燃气管线泄漏致灾灾害链可分为致灾环、激发环、损害环三部分;灾害链中因管道裂纹导致的中毒窒息灾害事故、管道穿孔导致的中毒窒息灾害事故及火灾等链条的发生概率较高;致灾环是灾害链断链减灾的关键环节,在城市安全管理中应落实应急预案制度并加强对城市居民的防灾减灾安全教育力度。