考虑Klinkenberg效应的瓦斯抽采流固耦合模型及其应用

为揭示低渗透性煤层瓦斯抽采渗流机制,在综合考虑Klinkenberg效应、有效应力和解吸收缩对瓦斯渗流及煤体变形影响的基础上,建立描述瓦斯渗流及煤骨架可变形的流固耦合模型。运用该模型,优化某矿29031工作面本煤层顺层钻孔的抽采负压和钻孔间距。结果表明,在抽采钻孔附近,模型考虑Klinkenberg效应比未考虑Klinbenberg效应时瓦斯压力下降更快,距离抽采钻孔越远,Klinkenberg效应的影响越小;在抽采时间一定的前提下,抽采负压对煤层瓦斯压力的下降影响不明显,有效抽采半径与抽采负压之间满足幂函数关系;考虑现场的复杂性和不均衡性,需要增加30%的安全余量,29031工作面本煤层顺层钻孔间距为6 m时,瓦斯压力下降幅度及范围最大,同时可以有效地避免"空白带"和抽采的无效叠加,抽采效果比较理想。     

渗流-应力耦合作用下尾矿库稳定性的三维数值分析

尾矿坝稳定性分析对尾矿库运行具有重要的意义,数值模型的建立是尾矿库稳定性分析的关键因素之一。根据某尾矿库工程实际,利用3Dmine与Midas/GTS软件建立了三维数值模型,基于渗流-应力耦合机理,研究了干滩长度对尾矿库坝体稳定性的影响机理。结果表明:1)渗流作用对尾矿库稳定性影响较大;2)在渗流-应力耦合作用下,随干滩长度减小,尾矿坝孔隙水压力逐渐增大,而整体位移量逐渐减小,最大位移区域从尾黏土层逐渐扩大到尾粉土层,尾矿库安全系数逐渐减小;3)得出了适用于该尾矿库的干滩长度与安全系数之间的函数关系。数值模拟结果显示,洪水工况下尾矿库安全系数为1.112 5,小于《尾矿库安全技术规程》规定的二等坝安全系数1.15。因此,应加强尾矿库的安全管理,以保障尾矿库后期的安全运行。     

基于大坝安全鉴定和专家经验的病险程度评价技术

针对目前我国大坝安全鉴定办法在病险水库严重程度评价中的不足,提出一种大坝病险严重程度的评价方法。以现行大坝安全鉴定技术和专家经验为基础,将水库大坝病险分为五级;提出病险严重性分级以及定性定量转换原则;建立防洪能力、渗流、稳定、变形裂缝、抗震能力、金属结构、工程质量、运行管理、现场检查9个评价大坝病险程度因素的指标体系以及分级和定性-定量转换方法;采用线性加权和法进行病险严重程度综合评价;研究并提出病险程度综合评价影响系数模型以及两种权重确定方法;建立了一套较为完整的病险程度综合评价体系。通过举例分析,提供了使用该方法的途径和过程,表明该方法的可操作性,可行性和实用性。     

巷道顶板三维板梁结构的传力机制研究

为了揭示巷道开挖前后,巷道顶板三维板梁结构内应力场的演化规律,通过建立层状岩层的承载传力力学模型,研究了层间结构面和层状岩体变形对承载和传递应力的扰动作用,提出了层间结构面和层状岩体承载传力的能量分析方法,确定了层状岩体的应力传递和应变能密度解析解,揭示了结构面储能和层状岩体承载传力的影响规律,并在淮南张集矿1412A工作面开展工程应用。结果表明:法向刚度和切向刚度决定了层间结构面的储能能力,法向应力和切向应力决定了结构面的实际储能大小;岩层的承载应力并非等于上部岩层的负重,而是上部岩层的作用应力、自重应力、下位岩层的作用应力叠加的结果;应力传递效率与相邻上下层岩层的容重比呈正相关关系,与层厚比呈负相关关系,与弹性模量比呈负相关关系;1412A工作面开采时,1#煤顶板第1层薄的软弱泥岩无法承载上方岩层的重量,第2层厚的中砂岩可以承载上方岩层及自身重量,载荷应力为0.90 MPa,计算得到该类条件下基本顶初次断裂步距为30.7 m,与现场实测结果基本一致。     

降雨条件下尾矿坝饱和-半饱和渗流模拟分析

降雨条件下,由于渗透压力的存在,降低了尾矿坝坝坡的整体稳定性,可能产生坝体自身的变形和破坏,甚至导致尾矿库溃坝发生.针对某尾矿库,分析了降雨条件下对尾矿坝渗流及稳定的影响,运用饱和-非饱和渗流理论及降雨入渗理论,分析了尾矿坝渗流场的变化过程,根据计算出来的瞬态渗流场,利用非饱和尾砂抗剪强度理论,对尾矿坝的瞬态稳定性进行了分析.研究成果对于提高尾矿坝降雨条件下安全运行,降低尾矿库溃坝事故发生率具有重要意义.     

基于安全系数法拟定面板堆石坝变形监控指标

为解决当前拟定大坝变形监控指标未考虑大坝等级和重要性问题,首先,采用有限元强度折减法,建立面板堆石坝抗滑稳定安全系数与坝体上下游水位的关系式,根据大坝等级和重要性确定的坝坡抗滑稳定安全系数求出坝体上下游水位,计算坝体在该组水位作用下的水压位移;然后,依据面板堆石坝施工过程、蓄水及运行计划,采用堆石料三参数流变模型,计算坝体时效位移;最后,以某面板堆石坝为案例,拟定面板堆石坝变形一级监控指标。结果表明:提出的基于安全系数拟定面板堆石坝变形一级监控指标方法,可弥补常规分析法拟定变形监控指标不能考虑大坝等级和重要性的缺陷,完善拟定土石坝变形监控指标的理论和方法。     

碗窑碾压混凝土坝变形成因分析及监控指标的拟定

鉴于碗窑碾压混凝土重力坝个别变形测点测值异常现象,依据大坝变形观测资料,通过变形规律时空分析和统计模型的建立,以及影响因子的分解,合理地解释了其变形成因,从而得出碗窑水库大坝变形性态总体正常的结论。为确保大坝安全运行,通过建立有限元力学模型和混合模型,拟定了典型坝段坝顶水平位移的一级监控指标,进而更有效地监控大坝的安全性态。另外,就个别测点坝段时效有呈逐年缓慢上升的趋势,建议管理单位加强观测,并及时分析,确保工程安全运行。     

超临界CO_2增透煤微观图像重构及三维数值模拟北大核心CSCD

针对我国低渗透煤储层渗透性差的特点,以超临界CO_2作用后煤的微观成像为基础,构建三维实体模型;考虑煤的热损伤效应,孔隙流体流动及有效应力对渗透规律的影响,利用增透后煤微观孔隙率的变化定义损伤变量,推导出损伤函数关系式,建立超临界CO_2增透煤在温度-渗流-应力耦合作用下的力学模型,模拟超临界CO_2在低渗透煤层内部的渗流运移规律。结果表明:由于煤体各处煤基质和矿物的密度、弹性模量和热膨胀系数等物理参数的不同及其分布的随机性,超临界CO_2注入过程中应力场、温度场、渗流场均呈现明显的非均匀性;在一定压力和温度超临界CO_2注入过程中,煤体内部各处孔隙、裂隙的变形、开裂以及扩展等的不均一性,使得煤体各处的损伤量不同。在其他注入参数一定的条件下,增加CO_2的注入时间,有利于提高煤体的渗透性。     

超临界CO_2增透煤微观图像重构及三维数值模拟

针对我国低渗透煤储层渗透性差的特点,以超临界CO_2作用后煤的微观成像为基础,构建三维实体模型;考虑煤的热损伤效应,孔隙流体流动及有效应力对渗透规律的影响,利用增透后煤微观孔隙率的变化定义损伤变量,推导出损伤函数关系式,建立超临界CO_2增透煤在温度-渗流-应力耦合作用下的力学模型,模拟超临界CO_2在低渗透煤层内部的渗流运移规律。结果表明:由于煤体各处煤基质和矿物的密度、弹性模量和热膨胀系数等物理参数的不同及其分布的随机性,超临界CO_2注入过程中应力场、温度场、渗流场均呈现明显的非均匀性;在一定压力和温度超临界CO_2注入过程中,煤体内部各处孔隙、裂隙的变形、开裂以及扩展等的不均一性,使得煤体各处的损伤量不同。在其他注入参数一定的条件下,增加CO_2的注入时间,有利于提高煤体的渗透性。     

基于GA-BP的渗透系数多目标反演分析模型研究

针对渗透系数反演结果不唯一问题,以扬压力和渗流量2类渗流监测效应量为反演目标,建立了基于正交设计、有限元正分析和GA-BP相结合的渗透系数多目标反演分析模型。结合水口大坝2009—2018年渗流监测时间序列数据,开展了大坝坝体、坝基岩体渗透系数反演研究,并对反演结果进行了验证。研究结果表明:建立的渗透系数反演模型可较好地解决渗流单目标反演的缺陷,反演结果为绝对渗透系数,且反演结果真实可靠。     

细粒尾矿快速筑坝新技术及工程应用

为解决传统细粒尾矿上游式筑坝方法面临的坝基承载力不足、排渗加固滞后、防洪超高不足等难题,以满足企业大规模生产时快速筑坝的实际需求,通过开展细粒尾矿软滩模袋法堆坝工艺、尾矿库快速堆坝工业示范、坝体稳定性评估等研究,提出集尾矿模袋法强基、宽顶子坝增稳、坝基协同排渗为一体的细粒尾矿快速筑坝新技术及配套施工工艺.结果表明:经过...     

黄土深基坑降水诱发的地基附加应力和沉降简化计算

为预测黄土地区深基坑降水导致的地层不均匀沉降,确保坑周建筑物安全,基于弦线模量法、弹性半无限体理论和剪切位移法,将坑周土体以降水曲线为界分为疏干区和饱和区,综合考虑绕渗区内渗流力在水平方向的分量和桩-土界面侧摩阻力对土体的约束作用,推导降水引起地基附加应力和地面沉降的理论计算公式,将理论计算值与工程实际监测数据对比分析。研究结果表明：改进后的计算方法能反应出浸润曲线以下土层所受附加应力的衰减效应;地面沉降受侧摩阻力的约束作用主要局限于1倍的最大水位沉降范围内;弦线模量计算得到的沉降值精度高于规范算法,能够较好地预测黄土地区降水期间坑周地面沉降量。研究结果可为计算类似黄土深基坑潜水层降水诱发地面沉降提供参考。     

高速铁路地基膨胀泥岩变形试验及计算研究

为研究某高铁地基膨胀泥岩在含水率和上覆荷载共同作用下的膨胀变形规律,通过室内试验和理论推导,分析地基膨胀泥岩的膨胀量随时间增长及含水率增加的变化规律.结果表明:无荷载地基膨胀泥岩的膨胀量随时间增加呈阶梯式持续增长趋势;有荷载地基膨胀泥岩的膨胀量在上覆荷载作用初期减小,然后随时间增加呈阶梯式增长趋势,膨胀变形结束时间约为...     

基于MIC-BBO-SVM的大坝渗流预测模型*

为监控大坝运行过程中的异常状态,准确预测大坝渗流量的变化趋势,采用最大信息系数(MIC)量化渗流量与影响因子之间的相关性大小并从中选取主导因子作为输入变量,通过引入生物地理学优化算法(BBO)并以K折交叉验证意义下的平均均方根误差为损失函数来优化支持向量机(SVM)作为预测模型,以某水电站工程的拦河大坝为例进行模型验证。结果表明:MIC-BBO-SVM模型的拟合优度、均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差分别为0.957 5,0.155 0 m3/h,0.135 6 m3/h,11.51%,预测性能明显优于逐步回归模型、SVM模型和MIC-SVM模型,可为大坝渗流安全监测提供参考与借鉴。     

改进西原蠕变模型研究及二次开发计算

为了研究黏土在不同应力水平下的蠕变规律,基于软黏土流变模型及已有的黏土蠕变试验结果,分析3种常用的经验蠕变模型对软土蠕变研究适用性,提出幂函数非线性元件,在传统西原模型的基础上引入非线性黏塑性体(NVPB)构成改进的西原模型。研究结果表明：幂函数描述黏土在低应力和高应力条件下所表现的变形特点都有着较高的准确度,改进西原模型能够较好地描述黏土蠕变的非线性问题以及黏土在高应力水平下的加速蠕变变形。利用自定义本构程序开发接口UMAT对该模型进行二次开发并对模型进行验证。改进的西原模型对比经典西原模型能够更好地描述在不同应力水平下软土的的蠕变变形特征。研究结果可为软土地区沉降预测提供理论参考。     

基于粒子群优化的DGM（1,1）模型在基坑变形安全预测中的研究

为确保基坑施工期间发生变形后能够正常使用,将变权缓冲算子结合DGM(1,1)模型构造出变权离散灰色模型,利用相对误差、后验差比,灰色绝对关联度3种精度检验法作为粒子群算法适应度建立模型,构造PSO-VWDGM(1,1)模型,并结合实际工程监测数据研究不同适应度对基坑变形预测精度的影响。研究结果表明:不同适应度函数对预测精度存在较大影响,以灰色绝对关联度作为适应度建立模型预测精度较高,可以更好应用在工程中。研究成果可为工程施工阶段的基坑变形预测、稳定性分析与灾害评估、预警提供参考。     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。     

综放开采覆岩“两带”高度影响因素及预测模型研究*

为研究影响综放开采覆岩“两带”高度预测模型,采用理论分析与经验公式方法系统分析影响覆岩“两带”高度的因素,包括覆岩岩性、覆岩组合结构、煤层赋存状态、顶板控制方法、开采厚度、工作面走向长度与倾向长度、工作面推进速度、覆岩破坏残余变形;并将上述因素划分为采矿地质因素、顶板控制方法、采煤工作面三维尺寸设计参数、时间因素4类;基于此建立综放开采“两带”高度预测模型,并通过工程实例对比、现场实测等方法进行合理性验证。结果表明:芦沟矿与盛泰矿2个工作面的“两带”高度预测值均在实测值范围之内,说明得出的回归式预测效果较好,验证综放开采“两带”高度预测模型的合理性。     

尾矿坝沉积结构特征与性能演化规律研究进展

为了进一步分析尾矿坝沉积结构特征与性能演化规律,本文综述国内外尾矿沉积规律、物理力学特性、服役性能演化规律及溃坝评价方法等有关尾矿坝安全稳定评价的研究现状,指出当前研究存在的不足.在尾矿库沉积规律的研究中,由于模型试验的流槽尺寸有限、边界效应较强,放矿条件不同,对尾矿沉积分布尚未得出一致性规律.而针对多种因素影响下的尾...