顺层或逆层岩质急倾斜边坡坡角的确定

为了解当岩体具有急倾斜构造和水平裂隙发育时,由该岩体形成顺层和逆层边坡情况下,不同坡角对该边坡稳定性的影响,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行了模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟了非连续性和连续性的岩体构造形式。构建了坡角为40°、50°、60°、70°和80°的顺层和逆层边坡,并对边坡稳定性进行了模拟。模拟结果表明,岩层的重力作用在逆层时有利于岩体外倾,顺层时抑制外倾。相同坡角时顺层较逆层更为稳定。大变形裂隙区的出现位置与岩体构造有很大关系。提出的修建边坡坡角建议为顺层时坡角不应大于60°,逆层时坡角不应大于50°。     

卸载所致岩爆颗粒流模型的实现与应用

为研究巷道开挖引起的卸载岩爆及岩爆过程细观层面行为特点,构建基于能量理论的三维改进岩爆模型,并通过颗粒流(PFC)分析程序PFC3D予以实现。总结相关文献,并根据细观层面上的岩爆发生过程,提出剩余能量转化方程。建立岩石耗散能和岩石可释放弹性应变能的计算方法。模拟某矿地质条件下不同深度岩体卸载后引起岩爆的过程。结果表明:-820 m工况下发生的岩爆,其发生时间极短;一次宏观岩爆是由多次微观岩爆叠加而成的;岩爆伴随着卸载面岩体突出变形,并可能导致卸载面坍塌。-420 m工况下开始发生轻微岩爆。     

黏性颗粒在滤料表面沉积的动态模拟及规律

为研究颗粒黏性对过滤除尘性能的影响,分析了颗粒沉积过程的受力情况,应用颗粒流计算软件PFC2D对颗粒在滤料表面的沉积行为进行了数值模拟。结果表明:颗粒形成粉尘层的过程中主要受到风流力、惯性力等压缩力和范德华力、滚动摩擦力偶矩等压缩阻力的作用,颗粒黏性的增加,会使颗粒间滚阻系数和摩擦系数显著增加;PFC可实现粉尘颗粒在滤料表面沉积过程的可视化,得到不同黏性颗粒在滤料表面的沉积形态,滚阻系数或摩擦系数越大,粉尘层孔隙率越大,过滤阻力越小,其中,摩擦系数的影响作用弱于滚阻系数。     

三维点云基础上排土场垮塌影响范围研究

高台阶排土场下游常分布有居民区、厂房等,一旦垮塌,后果严重,因此完善的防治与应急准备工作十分关键,而排土场垮塌影响范围的预测是这些工作的重要前提依据。为提升高台阶排土场垮塌影响范围的预测准确性,需要获取准确的地形边界基础数据。通过利用三维激光扫描仪对新建排土场及其下游地形精细扫描,对获取的三维点云数据去噪、拼接、建模等处理,生成精度更高的数字高程模型与三维实体模型。在此基础上,结合新建高台阶排土场地质勘查与设计资料,建立颗粒离散元数值模型,利用PFC3D计算高台阶排土场垮塌影响范围,并与经验公式法计算结果对比分析,结果表明排土场颗粒离散元数值模型精度符合要求,可快速、准确地计算影响范围,从而为相关部门提供科学决策依据。     

特厚倾斜煤层采空区对公路路基沉降影响研究

为了研究采空区导致上覆复杂岩层运移致使公路路基沉降问题,以颗粒流理论为基础,通过下落法构建模型。根据煤层位置,假设了7种采空区长度进行模拟。模拟的结果为岩层应力、应变在不同情况下的最终状态,同时提出了影响区和松散堆积区的概念。结果表明,由于岩层构造复杂,在不同情况下主要影响区和松散堆积区的发展变化是不同的,特别是岩层4的作用较为特殊。根据公路路基设计规范,采空区只限于假设1和假设2的采空区范围内,路基沉降才能满足规范要求。     

置换法压井关井期间压井液下落速度计算方法

为了得到置换法关井期间压井液下落速度计算方法,基于气液两相流理论,借助FLUENT和OLGA软件模拟了压井液下落过程,利用段塞流和Turner液滴下降理论,建立了置换法压井液在井筒中的下落速度模型。研究结果表明:置换法关井期间,压井液下落主要以段塞流或者环状流形式存在;与OLGA软件分析结果对比得出,压井液下落的初始峰值速度跟液滴模型相近,平均速度跟段塞流模型相近,建议置换法压井设计使用段塞流模型;关井套管压力越大,则压井时间越长;关井套管压力越大,且地层破裂压力越大,则压井次数越少,压井时间也较长;压井液密度越大,则压井时间越短,最终的套管压力就越小。     

边坡爆破高度对边坡稳定性的影响

为了解爆破后由急倾斜且具有水平裂隙发育岩体组成的边坡稳定性及其内部破坏规律,最终总结出爆破高度对边坡稳定性的影响特征,使用基于颗粒流理论的PFC3D进行该工况模拟。利用PFC3D中的JSET和Bonds模拟非连续和连续性的岩体构造形式,以对实际的岩体中岩块和裂隙发育进行模拟。针对存在该类型构造发育边坡的实际工况,设置了13个爆破点的6个爆破方案进行模拟。研究了模拟结果表现出的边坡内部裂隙和位移随爆破高度的变化规律。其表明了对于同时起爆各爆破点而言,爆破高度越高爆破后边坡越稳定的结论,并分析了出现该现象的原因。说明了结论的普适性,同时该边坡实际的爆破情况也支持了该结论。     

脚手架连墙件设置的探究

通过阐述脚手架连墙件的定义、作用,将连墙件分成刚柔连接法,预连接法、预埋后连接法和后连接法,与柱、梁、墙、板、洞的连接及保险装置等三大类。分析连墙件的设计计算与布置,阐述连墙件制作和进场的要求与使用前检验的方法,阐述连墙件的安装、安装后检验、标识与拆除的要求,以探清连墙件的现状与研发的方向,掌握现行各类脚手架安全技术规范对连墙件相应的规定,明确连墙件的安全技术与管理思路,并提出了制定连墙件安全技术规范的提议与设想。     

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。     

颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型及扩散参数反演研究

为研究颗粒煤瓦斯解吸规律,基于Fick定律建立了颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸 模型,完成了颗粒煤瓦斯解吸模型的数值试验。引入了非负约束最小二乘法反演算法（ NNLS）,通过试验数据反演得出颗粒煤的扩散参数的B谱,从而确定出颗粒煤瓦斯扩散 系数D的准确范围。研究结果表明:颗粒煤瓦斯解吸符合Fick扩散定律,颗粒煤的多扩 散系数瓦斯解吸模型能很好地解决单一扩散系数模型的扩散系数随时间衰减的问题,准 确反映了颗粒煤瓦斯解吸规律,单一扩散系数瓦斯解吸模型只是多扩散系数瓦斯解吸模 型的一个特例;NNLS是一种有效的反演算法,利用NNLS方法可以准确反演出颗粒煤瓦斯 解吸过程中的扩散参数的B谱,通过B谱可方便计算出颗粒煤的瓦斯扩散系数。     

动扩散系数新模型下不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征

为揭示不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征,采用瓦斯解吸仪分别在井下现场和实验室内开展了原煤样和不同粒径的构造煤瓦斯扩散实验,并采用低温氮吸附法测定其孔径分布,采用动扩散系数新扩散模型计算各类扩散实验的初始扩散系数D0及其衰减系数β、有效初始扩散系数De0和有效动扩散系数De(t)。结果表明:各类粒径构造煤的瓦斯扩散率初期增长较快,但衰减迅速。同时刻下,粒径越大,D0越大,β越小,构造煤中孔隙由表及里孔径逐渐缩小,正是这种孔径特征控制了D0和β的大小。同时,粒径越大De0和De(t)越小。与之相反,井下构造煤原煤样具有更小的粒径,致使原煤样的瓦斯扩散速度更快,因此构造煤具有更严重的突出危险性。     

火灾引发超高层建筑非连续倒塌模拟研究

为了解超高层建筑发生火灾后变形特征及失稳后的非连续坍塌过程,掌握引起变形和坍塌的原因,将三维颗粒流软件(PFC3D)作为模拟平台,设置核心筒-框架结构的超高层建筑火灾区域,并模拟坍塌过程。在考虑钢筋和混凝土共同作用结果的基础上,提出火灾区域中构件属性设置方法及模拟步骤。分析得到造成建筑结构摆动的3种原因,一是火区位置不同导致上部结构对火区的压力不同,二是火区位置不同导致结构受到的约束不同,三是受热膨胀性使构件产生不同程度变形。结果表明:燃烧温度为500℃,3 h后建筑发生摆动,表现出对火区位置和燃烧时间敏感的特征。1 000℃下1 h内,建筑物首先发生破坏的是梁构件,然后是承重柱。即建筑一旦进入结构破坏阶段,坍塌将是迅速且不可逆的。     

基于熵值修正BWM的装配式建筑施工安全评价

为降低装配式建筑施工安全事故发生率，针对国内装配式建筑施工特点，构建基于熵值修正最优最劣法(Best-Worst Method, BWM)的改进逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS)装配式建筑施工安全评价模型。首先，通过分析装配式建筑建造全过程，查阅文献资料，结合相关标准和规范，从人、物、技术、管理和环境5个方面构建装配式建筑施工安全评价指标体系。然后，基于熵值修正BWM得到组合权重，建立加权规范矩阵，应用改进TOPSIS对装配式建筑施工安全进行评价。最后，以3个实际工程项目为例验证评价模型，结果表明，该模型在装配式建筑施工安全评价中具有较好的可行性和实用性。     

基于物元可拓法的湿地生态系统健康评价——以衡水湖国家湿地自然保护区为例

以"压力-状态-响应"(PSR)模型构建的湿地生态系统健康综合评价指标体系为基础,基于物元可拓理论确定评价物元,构建物元经典域、节域矩阵,并结合变异系数权法建立了综合评价模型,根据特征值计算结果和等级评定标准,综合判别湿地生态系统健康的现状等级。将此法应用于衡水湖国家自然湿地保护区的生态系统健康评价,其健康等级的特征值为3.312,据此判定衡水湖湿地处于亚健康水平,但有向不健康转化的趋势。分别与分形方法、韦-费定律对同例的评价结果进行了比较,结论总体吻合,表明物元可拓模型能够应用于湿地生态系统健康评价。     

级配与拦挡位置对滑坡碎屑流运动影响研究

为了研究不同级配的高位滑坡碎屑流经多级偏转后冲击不同拦挡结构的运动特性以及致灾效应,结合自然地形构建固定坡度和偏转角度均为45°的离散元模型,并利用DEM软件进行数值模拟分析不同拦挡工况和不同级配对碎屑流颗粒运动过程中能量耗散、最终堆积形态,以及碎屑流冲击挡板的作用高度的影响,进而建立相关冲击力学模型。研究结果显示：(1)上下均设置挡板的工况能有效减缓碎屑流颗粒的平均动能和势能,且能有效降低颗粒流翻越挡板的数量,并降低颗粒流的最大运动距离从而减小致灾范围;随着颗粒组级配的增大,势能时程曲线分散点出现的时间越晚,颗粒流最终堆积面积中细颗粒组最大,粗颗粒组最小。(2)当滑槽底部反作用力位置取2/3静止堆积体长度时,计算所得碎屑流最大冲击作用高度与模拟试验结果相接近,力学模型计算的冲击作用高度在0.017～0.138 m。在实际工程中,可按研究相似比对此范围进行加强抗冲击防护。(3)由于侧板的切向力和“颗粒分选效应”,大颗粒会主要冲击挡板的中上部,小颗粒主要冲击挡板的下部,并受偏转角影响集中在一侧,因此工程设计可根据实际情况避免在沟道偏转方向的反向建设工程。研究结果可为高位滑坡碎屑流灾害的治...     

城市轨道交通系统灾害链网络模型构建与评价

为定量描述城市轨道交通灾害事件间的传播关系,帮助决策者在发生灾害事件时作出更加科学的判断,采用危险与可操作性分析(HAZOP)法,提出城轨系统灾害事件集的提取方法;基于城轨事故历史数据,通过共现矩阵的构造和Jaccard指数的计算,构建灾害链有向网络模型;然后,针对给出的灾害链网络,结合复杂网络统计指标,定量评价其节点和边的重要程度。利用历史事故数据,验证模型和评价方法。结果表明:所建灾害链网络模型能客观反映灾害事件间的传播关系;网络的边和节点的重要度评价结果与实际情况相符。     

爆破模型改进及边坡爆破细观过程研究

为了使作者提出的基于颗粒流的爆破模型更贴近于实际,将原模型从二维模拟推广至三维爆破细观模拟。模型的基本原理为基于能量守恒理论,假设爆炸时刻产生的能量全部由爆点周边一定范围内的岩体承受,并转化为动能,进而能量在碎裂的岩块中传递、吸收,最终达到平衡,爆炸过程结束。将原模型方程改为适用于三维爆破模拟方程,并调整了能量分配和参数设置。使用PFC3D模拟了在露天矿边坡内A3爆破点处100kg TNT爆炸直至岩体回复平衡的细观过程。模拟结果表明研究速度矢量、位移矢量和CForce变化趋势后,可将该过程分为3个阶段:Step 1~100、Step100~350、Step350~4690。其时间远小于原模型模拟至平衡时间,这主要是由于模型从二维转化为三维所造成的。颗粒动能减小为原模型的0.085~0.128倍。     

综合拉底、扩漏和出矿全过程的底部结构安全性颗粒流模拟技术研究

为探明自然崩落法从拉底崩落至出矿全过程中底部结构节理连续扩展过程与破坏过程规律，采用PFC2D软件，结合RocLab软件反演节理岩体参数，建立229 m×129 m的岩体扩大模型，对拉底崩落至出矿过程进行连续综合计算。研究结果表明:模拟结果及破坏现象与现场监测结果相近，建模与细观参数反演方法适用于该类岩体工程研究；裂纹扩展贯通导致岩体失稳破坏，破坏过程与裂纹扩展具有相对应的阶段特征，裂纹扩展分为崩落前稳定扩展期，崩落与聚矿槽开挖过程加速扩展期和后续持续扩展期；结构破坏分为蕴育过程，扰动失稳过程和宏观破坏过程；较大范围的宏观破坏主要在出矿阶段。该模拟方法与结果可为底部结构维护以及节理岩体长期稳定性研究提供参考。     

转炉车间火灾风险评估方法的改进及应用

为针对性地解决转炉炼钢作业时的消防安全问题,提出将熵权-最优最劣法(Best Worst Method, BWM)和物元可拓模型相结合的转炉车间火灾风险评估模型。通过将指标分为人、物料设备、环境、管理及消防设施5大类,构建转炉车间火灾风险评估指标体系;利用复合语言对35个指标进行评价,引入有序加权平均算子(Ordered Weighted Averaging, OWA)计算各语言的犹豫语言术语集(Hesitant Fuzzy Linguistic Term Set, HFLTS)模糊包络,再根据各专家权重进行加权计算并将语言量化构成评价矩阵;基于熵权、BWM分别算得各指标权重,再运用最小二乘法得到综合权重;最后利用物元可拓模型确定各指标及转炉车间的火灾风险等级。以河北省某炼钢转炉车间为例进行评估得出：该转炉车间的综合风险等级为I级(安全),其中动火监护的人员监管情况、氧枪法兰松紧度、炉前温度环境、作业现场物品摆放情况、作业巡查及设备检查情况和消防疏散通道堵塞情况仍需改善。     

户外端子箱操作人因可靠性及其风险评价*

为正确评价人为因素对户外端子箱失效的影响,利用CREAM(Cognitive Reliability and Error Analysis Method)模型的共同绩效条件分析端子箱操作过程中人的行为机理以及行为可靠性因素;应用SLIM(Success Likelihood Index Method)模型计算人为失误概率,并采用比例故障模型计算户外端子箱自身的故障率;以某断路器端子箱为例进行验证。结果表明:研究案例的人为失误概率为1.56%,设备故障率为0.84%,系统的风险值为10.7%,系统的风险等级为3;从概率的角度说明事故发生原因中人为因素的影响更大。因此,从行为可靠性影响因素层面对人为失误概率进行调控,可使户外端子箱操作人因可靠性得到提高,系统的风险等级随之降低。