强风中高速列车安全性研究

选用某国产动车1∶1模型,对高速列车在不同的侧风速度和风向角作用下运行进行模拟计算,得到列车所受气动力变化情况,研究气动力随风向角的变化机理。模拟结果表明,该车型在不同强度和不同风向角侧风作用下,侧向力、升力和倾覆力矩均随着侧风作用的增强而显著增大,在强侧风作用下,头车所受侧向力及倾覆力矩最大,较易发生倾覆事故;而尾车所受侧向力及倾覆力矩最小,相对安全。随风速和风向角的增大,受电弓和转向架对倾覆力矩的贡献均增大,在模拟时不可忽略;在风向角大于5°小于90°的范围内,列车各个部位的气动力与风向角呈3次方关系递增。     

隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延影响机制研究

为探索隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延的影响机制，采用FDS数值模拟，研究横通道与隧道不同交叉角情况下火灾烟气温度、浓度、烟气层高度等的变化规律，建立开启火源下风向横通道时隧道内烟气最高温度修正公式，提出烟气纵向蔓延恢复长度的概念，并探讨其影响规律。 结果表明:隧道和横通道交叉角越小，隧道内同一位置烟气层高度越高，当交叉角由90°降低到30°时，烟气层高度最大增加32%；烟气纵向蔓延恢复长度与交叉角及通风速率呈正相关，而与火源功率几乎无关。研究结果对隧道通风排烟系统设计及相关标准的制定具有参考意义。     

积雪灾害防治中的积雪深度与风速的计算

为防止积雪灾害的发生或采取必要的防治措施,必须弄清积雪灾害特征,分析积雪的影响因素,研究积雪灾害的发生机理,理顺积雪灾害的类型,探讨积雪灾害发生的规模,以确保工程建设及人民生命安全。降水量是积雪灾害首要因素,是积雪灾害物质的来源;气温的高低是造成积雪的前提;风不仅对水汽和降雪有影响,而且对积雪有再分配的作用;降雪量直接影响积雪分布,地形、风向、风速(风力)、植被、坡向等对积雪分布也有一定影响。在分析研究灾害积雪的特征、类型、影响因素、发生机制、规模以及发生的规律等同时,探讨了最大积雪深度、最大风速的计算方法。通过定量计算,为研究积雪灾害的防治提供依据。     

平地型铀尾矿库氡大气扩散数值模拟及环境效应分析

以平地型铀尾矿库为研究对象,采用数值模拟方法,分析了铀尾矿库下风向的氡扩散和浓度分布,并预测了该地区常年主导风向下氡对公众所致的年有效剂量。结果表明,风速从0.5 m/s变化到2.0m/s时,氡在尾矿库下风向的积聚范围由5 000 m缩减为2 500 m,尾矿库下风向2 500 m距离以内的氡浓度降低较快,随着距离的增大,近地面区域氡浓度不断降低,5 000 m外氡浓度变化渐趋平缓。U10=0.5m/s时尾矿库下风向地区的氡浓度比其他风速下最高高出近43%。对照公众个人的年有效剂量标准,考虑风频风速影响,对氡的环境效应分析表明,低风速下现行标准中铀尾矿库防护距离的规定值偏小,应进行适当调整。     

木材在不同放置角度下火蔓延特性的实验研究

选用厚度为2 mm与3 mm的木材,研究了可碳化固体可燃物在静止氛围中不同角度下的火蔓延特性.研究表明,在不同角度范围内火蔓延经历着熄灭、稳定燃烧、加速燃烧以及快速燃烧等变化过程.对两种厚度的木材火蔓延行为对比分析发现,在自然对流条件下,两种厚度木材的火蔓延极限角度分别为-5°,5°.另外,研究了试样上下表面火焰参数与火蔓延速度之间的关系.在10°＜α＜60°范围内,火蔓延速度计算值与实验值能较好拟合.     

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析*

为了研究火灾下钢筋混凝土（RC）简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明:截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

砂土地层倾斜地表直筒型塌陷机制研究

为探究偏压对土洞发育的影响机制，在极限平衡法和合理拱轴线的基础上，推导了砂土地层偏压地形下直筒型塌陷覆盖层临界厚度计算公式。通过开展以坡面倾角为主变量、结合填土高度和含水率变化的单因素试验，来论证公式的合理性以及揭示不同因素对倾斜地表下塌陷覆盖层临界厚度的影响机制。结果表明：偏压地形下砂土地层直筒型塌陷的覆盖层临界厚度与土体性质、坡度等参数有关；随坡度增大，覆盖层临界厚度减小，地表塌陷历时缩短；覆盖层临界厚度随含水率增大而减小；土体性质对砂性土覆盖层临界厚度的影响大于坡度等外部因素的影响。该研究成果可为解决平面应变条件下的砂土地层地形偏压工程问题提供试验依据。     

上软下硬地层深基坑结构变形监测及分析*

为探究在上软下硬地层中进行深基坑开挖时围护结构水平位移与内支撑轴力的变化规律,以广州地区某上软下硬地层盾构井深基坑开挖项目为依托,基于现场监测数据进行分析并运用MIDAS/GTS软件开展深基坑开挖全过程的有限元模拟。将围护结构水平位移模拟值与监测值进行对比,验证模型的准确性;改变围护结构嵌固深度、主体结构厚度等工况,研究上述因素对结构水平位移变化产生的影响。研究结果表明:实测围护结构最大水平位移值11.78 mm,位于长边0.7倍基坑深度附近,坑角处位移值最小;改变结构嵌固深度对坑深15 m以下围护结构位移值影响较大,本工程最佳嵌固深度为1.5~3 m;围护结构水平位移会随着结构主体厚度的增加而减小,但最大位移间差值逐渐减小,结构主体厚度设计值宜为0.8~1 m。     

温度作用下混凝土拼接桥梁拼接缝界面剪应力研究*

为探究拼宽混凝土桥梁在温度效应下连接缝位置产生的界面剪应力问题,考虑施工过程中现浇拼接缝混凝土各项参数的变化,以某高速公路拼接桥梁为研究对象,基于初等梁理论提出1种考虑纵向温度应力的拼宽桥梁界面剪应力力学模型。结果表明:拼接缝混凝土弹性模量的改变对拼接缝界面剪应力的数值和分布形态影响较小;新梁和旧梁的线膨胀系数差异越大拼接缝界面剪应力越大;研究得到不同拼宽宽度下拼宽桥界面局部剪切柔度修订值的变化规律,并拟合变化公式。     

射孔爆轰瞬态能量转化及影响因素研究

为有效控制射孔测试联作工况下管柱及封隔器失效等安全事故风险，基于流固耦合理论建立射孔弹的射流侵彻模型，综合考虑石油射孔弹壳体、炸药、药型罩、射孔枪和套管等结构，研究射流动能与壳体融化能量转化特征，得到不同因素影响下射孔弹剩余能量转化关系。结果表明：药型罩锥角、壳体厚度、炸药质量和类型等因素对射孔弹剩余能量有显著影响。药型罩锥角在40～70°之间越大，剩余能量占比越小；射孔弹壳体厚度在1～4 mm之间越厚，剩余能量占比越小；炸药质量在30～45 g之间越大，剩余能量占比越大；炸药质量相同时，三硝基甲苯(TNT)、六硝基芪(HNS)、黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)等4种炸药中的HMX炸药剩余能量占比最小。     

构造煤分层对煤单轴压缩力学特性影响的颗粒流模拟

为了研究构造煤分层对煤的力学特性影响程度，采用颗粒流数值模拟方法研究不同赋存参数的构造煤分层对煤的单轴压缩力学特性的影响规律，从受荷后的裂纹分布和试样破坏形式2个方面分析试样压缩过程中细观力学响应机制。研究结果表明:构造煤分层厚度和倾角是影响煤的单轴压缩力学特性的重要参数，其中倾角主要影响内部裂纹的类型和分布，构造煤厚度主要影响煤的单轴抗压强度；单轴压缩下煤的破坏类型主要包括沿交界面的层裂破坏、拉伸破坏和复合破坏3种类型，构造煤分层倾角较小时，更容易由于构造煤挤出效应导致的失去承载能力，随倾角增大，挤出效应减弱，单轴抗压强度有增大趋势。     

孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理研究

为了探讨孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理,通过采用理论分析,建立薄板力学模型,对孤岛工作面顶板弯矩分布规律进行分析,并结合实验室数值模拟手段对工作面顶板支承压力集中系数及顶板围岩塑性区演变规律进行研究。研究结果表明:在支承压力作用下,随着推进距离的增大,顶板支承压力集中系数呈现增大的趋势;工作面顶板煤壁中部弯矩显著大于煤壁两侧弯矩,该结果合理解释了工作面方向上支架工作阻力不相等的规律;顶板断裂的塑性区演变特征存在时空效应及力学特征,顶板四周所形成的横向“O”型破断与横向“X”型破断,共同构成了顶板破断的横“O-X”破断形式。     

取芯过程中煤芯温度分布特征模拟研究*

针对取芯过程瓦斯解吸受煤芯的温度影响不明,造成煤层瓦斯含量测不准的问题,开展对取芯过程煤芯温度分布特征研究。采用自主研制的取芯管自动测温装置在赵固二矿原生结构煤层（f=1.71）进行深度20 m的取芯试验,获得取芯管管壁温升变化规律,变化曲线分为4个阶段:缓慢上升、加速上升、减速上升、缓慢下降阶段;应用COMSOL建立含瓦斯煤传热模型,将管壁的温度变化设置为边界条件,模拟取芯过程煤芯与管壁之间的热交换。结果表明:在取芯时间30 min内,煤芯平均温度快速上升,之后上升速度趋于平稳;在煤芯内,相同时刻,等间距的轴向与径向距离,径向较轴向的温度梯度较大,径向传导快于轴向传导;取芯过程煤芯径向温度Ta与径向距离d、时间t满足指数函数关系。研究结果可为测定取芯过程煤芯的瓦斯损失量提供参考依据。     

百叶式风窗流场分布及局部阻力特征研究

为确定百叶式风窗的流场分布特征,叶片角度和有效过风面积与局部阻力系数的关系,采用CFD数值模拟的方法,对叶片开启不同角度下,风窗局部流场特征进行三维仿真研究.研究结果表明:叶片开启45°后导致局部阻力突变和风流重新分配;主流风速在风窗入口逐渐形成,随距底板高度的增加,高风速区域面积不断增加,风速峰值随风流向风窗后方移动...     

松散破碎岩石中气体渗流影响因素实验研究

由于储煤仓结构设计较为封闭,通风效果较差,导致煤仓内部残存瓦斯不能有效地排放,极易造成煤仓内瓦斯超限。通过对原煤仓内部空气渗流规律进行研究,可以对其进行合理地通风,从而有效地治理瓦斯超限问题。实验采用玻璃球体和碎石子作为填充介质,采用单一变量法研究了非均质各向同性多孔介质的渗流规律,以及非均质各向异性多孔介质的渗流规律。在此基础上得出,随着粒径和渗流速度的增加,渗透压力梯度也在增加;同时,随着粒径的增大,渗流状态由线性渗流转变为非线性渗流,渗流速度不断地减小,其渗流速度与压力梯度均呈现非线性变化规律。     

风门开闭动态过程对矿井风流影响规律研究*

为探究风门开闭动态过程对矿井风流的影响规律,采用数值模拟方法,得出风门开启角度对于巷道内流场变化及测点风速波动的影响及其规律,结合实验验证测点风速波动规律,并分析风门开启角度与第1次峰值出现时间、异常风速波动时长、风速波动幅值3个波动特征之间的关系。研究结果表明:风门开启后,风门所在巷道及其关联巷道流场产生剧烈波动;风门关闭后,波动影响也不会立即消失;风门开闭动态过程中,所有测点的风速皆呈现先升后降或先降后升的波动规律,随后进入震荡过程,最后震荡逐渐减小至正常风速波动范围内,其中风门所在巷道的测点风速会在震荡过程中产生风速方向反转现象;经对比分析,风门前的测点风速波动特征更好反映风门开启角度,二者呈正相关性。     

煤对CO2，N2和CH4的吸附速率经验公式与异同性研究*

为了解决吸附速率拟合公式缺乏而解吸经验公式众多的问题，通过替换解吸参数、定性和对比分析各经验公式对煤吸附CO₂，N₂，CH₄吸附速率的适用性，选取4种不同煤质的煤样在0.5，1.0和2.0 MPa下进行定温吸附实验，分析压力和煤质对吸附速率的影响规律。研究结果表明:时间函数式对3种气体在不同压力和煤质下的吸附速率拟合效果最佳；压力和煤质对3种气体吸附速率的影响既存在共性又具有差异性，气体吸附速率与压力符合指数函数关系，与挥发分呈现出二次函数关系，并且压力升高会导致最低吸附速率趋向于较高变质程度煤样；CH₄和N₂的吸附速率随压力升高而升高，而CO₂的吸附速率因煤样而不同，且在同压下，不同气体的最高和最低吸附速率煤样的变质程度也不同。     

基于基本顶断裂位置分析剩余煤柱稳定性*

为简化支承应力表达式及全面分析煤柱稳定性,基于基本顶断裂位置建立工作面剩余煤柱载荷力学模型,将指数函数型支承应力曲线简化为与其拟合的幂函数抛物线,推导出剩余煤柱载荷及极限宽度B表达式。计算得出312工作面基本顶断裂位置与非开采帮塑性区边缘距离d为8.6~11.5 m,B为8.06~8.85 m。研究结果表明:随着d增加,煤柱载荷及B均逐渐增大;B随煤层黏聚力与内摩擦角的增加而减小,随煤层埋深、应力集中系数、侧压力系数、煤层厚度及工作面采高的增加而增大。研究结果有助于更加全面地分析煤柱稳定性,为工程实践提供一定理论指导。     

管廊内泄漏口朝向对天然气管道泄漏扩散影响的模拟分析*

为掌握综合管廊内天然气输气管道泄漏口朝向对气体扩散的影响,使用FLUENT软件对4种不同朝向的泄漏口泄漏过程进行3维数值模拟,对比分析不同工况下气体浓度分布。结果表明:泄漏形成的射流产生强烈气体掺混,降低泄漏口附近气体浓度梯度;随着距泄露孔距离的增加,气体受惯性力作用减弱,并在浮力作用下抬升。管廊纵截面气体浓度场可分为泄漏口附近的均匀区和距离泄漏口较远的分层区。在均匀区内,探测器高度上气体质量分数纵向分布呈阶梯状;距泄漏口较远距离(大于20 m),泄漏口朝向对探测器高度上气体浓度纵向分布影响较小。基于稳态气体分布控制方程,提出气体在分层区内纵向分布关系式。当泄漏口刚好位于2探测器中央（最不利工况）时,泄漏孔朝向为X+（管道距离壁面较远侧）的泄漏气体在喷出后与空气接触时间长,产生涡量更大,使气体在管廊纵向上蔓延速度降低,探测器响应时间相对较长。