基于三维“O”型圈的采空区多场分布特征数值模拟

为进一步研究综放采空区的多场分布特征,以大兴矿N2-706工作面为例,构建"双三"模型,即优化三维"O"型圈采空区冒落非均质多孔介质数学模型及"U"型通风方式下的三维综放采空区物理模型,重点考虑了采空区垂直方向上的孔隙率变化,并实现了孔隙率的三维可视化。运用Fluent软件加载自定义UDF对采空区气体压力分布、漏风场及氧气、瓦斯分布情况进行了数值模拟,得出与实际情况相吻合的采空区气体压力分布、合理漏风量范围内的风流场分布,其中重点分析瓦斯体积分数分布规律。结果表明:考虑三维孔隙率的数值模拟结果收敛性更好,采空区瓦斯的积聚现象不仅出现在采空区顶部,在距底板20~25 m高度的位置就大量上浮,且呈现高体积分数瓦斯积聚分布的特征规律。     

榆家梁煤矿离层注浆充填保水效果数值研究

为探究离层注浆充填对地层保水效果的影响,构建地层岩体渗流场和裂隙场空间演变模型,分析离层空间充填后地层岩体导水性能演化特征。结果表明：受覆岩影响,岩体裂隙长度、孔隙率和水力传导率高值区由离层两端向中心区域集中;未充填时,离层上方关键层两端受拉剪破坏影响,关键层两端裂隙发育明显,孔隙率和水力传导率增大;充填高度增加,关键层断裂后受充填体支撑未完全破坏,孔隙率和水力传导率相对减小;岩层裂隙、孔隙率、水力传导率和水头的模拟结果证明对离层进行充填可有效减少含水层渗流量,离层充填高度越大,保水效果越好。     

基于Phase2的不同配比充填体厚度的数值模拟研究

在充填体作用机理,稳定性分析与监测,爆破地震效应,静动态特性及损伤理论等方面的研究基础上,依托安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿法第一步骤采场的充填现状,采用Phase2软件建立了多种数值分析模型对不同灰砂比充填体厚度的充填效果进行数值模拟研究,并进行了多方案技术经济对比分析。研究结果表明:灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10对应充填体厚度分别为10,24,22 m时,为最优方案。该充填体厚度可为矿山采场充填配比设计、充填管理及充填质量提供技术参考。     

王甫洲工程泄水闸围堰基础高喷防渗墙施工

王甫洲水利枢纽工程泄水闸施工围堰基础主要为砂卵石层，结构中密～密实，属较强～极强透水层。使用改制的ＢＺＫ—３Ａ 型喷灌机，大水量、大浆量、不分序连续施工，高压定喷构筑围堰基础防渗板墙。经围井开挖检查，钻孔及围井挖后抽水试验、泄水闸基坑开挖后的防渗效果分析表明，高喷防渗板墙厚度、墙体强度及墙体渗透系数均满足设计要求     

基于叠加-触发原理的铁路危险品运输系统风险场形成机理研究

引入风险场理论研究铁路危险品运输系统风险形成机理，基于系统风险因素识别，建立铁路危险品运输系统风险势函数及对应的风险场强模型，采用触发器原理分析了风险场叠加后的风险形成机理。研究结果表明:内部风险场承受体风险势和风险场强均为代数加和叠加；外部风险场分为单一和多风险源2类，风险势均表现为代数加和叠加，风险场强叠加均满足平行四边形法则。风险状态的变化直接作用于内、外风险场承受体，内部风险场承受体全部或部分崩溃，将导致铁路危险品运输系统失效，其释放的风险场能量将会对外部风险场承受体系统进行攻击，导致外部风险场承受体的部分或整体失效，进而产生风险级联效应。     

挡土墙支护溶蚀裂隙岩质边坡稳定性研究

基于刚体极限平衡理论，以裂隙岩质边坡安全系数为目标函数，将溶蚀裂隙深度作为决策变量，结合裂隙岩质边坡和挡土墙的平衡约束条件、结构面屈服条件，建立溶蚀裂隙挡土墙岩质边坡的非线性数学规划模型，采用内点算法进行求解，并对不同参数的敏感性进行分析。结果表明，随着溶蚀裂隙深度的发展，溶蚀裂隙岩质边坡的安全系数逐渐减小；边坡滑体结构面上内摩擦角和黏聚力的增大会导致边坡安全系数的增大，而顶部荷载对溶蚀裂隙岩质边坡的稳定性影响较大。     

高窄型充填采场内的拱效应及应力分布状态研究

以地下矿山充填采场为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对高 窄型垂直和倾斜充填采场内的拱效应及应力分布状态进行了研究。研究结果表明:实例 中高窄型采场内充填体的自重应力为1.06 MPa,经拱效应转移后,底板处的垂直应力仅 为0.35 MPa ;改进的马斯顿理论计算倾角小于80°的充填采场应力分布情况时结果偏 大;采场倾角越大,高窄型充填体内拱效应越明显,靠近围岩两帮处的应力值也越大, 而采场中线处的水平应力几乎不受影响。对高窄型采场内充填体的目标强度进行设计时 ,应考虑拱效应对其自重应力的转移作用,以降低相关经济技术指标。     

考虑脆性损伤和渗流的圆形水工隧洞稳定性分析

为获得更准确的隧洞围岩塑性范围和力学特征,基于非线性脆性损伤和统一强度理论,考虑渗流场和中间主应力系数,推导出隧洞围岩弹塑性应力和塑性范围表达式。通过算例分析,得出渗透比（围岩与衬砌渗透系数之比）等相关参数对隧洞塑性范围和应力的影响规律。研究结果表明:隧洞切向应力具有不连续性,在衬砌、塑性区交界处及弹塑性交界处均发生突变;随渗透比和围岩脆性程度的增大,围岩塑性半径逐渐增大,塑性区切向应力逐渐减小;中间主应力系数越大,围岩塑性半径越小,塑性区切向应力越大。采用注浆加固圈进行支护,可有效地降低围岩渗透性,减小塑性范围。研究成果可为水工隧洞支护设计和稳定性分析提供一定的理论指导。     

不同孔隙率对采空区自燃的影响规律研究

为探究煤矿采空区在不同孔隙率条件下对煤自燃环境的影响,基于多孔介质渗流特性的相关理论,以煤矿综采工作面为原型建立了U型通风采空区三维模型和渗流数学模型,利用Fluent软件对采空区以不同的孔隙率大小和分布方式进行数值模拟计算,从而得到采空区的漏风和氧气浓度的分布状态,以及氧化带的位置变化情况,进而研究不同孔隙率对采空区煤自燃环境的影响规律。研究表明:采空区漏风主要源于工作面下隅角处,进入采空区的漏风量大小与采空区的孔隙率有关。孔隙率越大,靠近工作面的漏风流速越大,氧气浓度越高,而深入采空区,孔隙率大小对采空区漏风影响越小,氧化带随着孔隙率的增大不断向采空区深部移入;孔隙率分布方式对采空区漏风速度的影响较大,且距离工作面越近影响越大,采空区深部则差别不大。     

堆放参数对瑞安矿煤堆自燃风速的影响

为确定瑞安矿煤堆自燃的环境风速,提高煤堆自燃的预判能力,使用COMSOL Multiphysics 5.0数值仿真软件,开展了5个不同尺寸分别在孔隙率0.2~0.6和环境风速0.05 m/s~13 m/s条件下堆放180 d的自热-自燃过程数值模拟。结果表明,煤堆自燃风速范围因孔隙率和堆放参数不同而异,孔隙率越小煤堆的自燃风速范围越宽,且最小、最易、最大自燃风速与孔隙率之间具有幂函数关系;影响煤堆最小、最易、最大自燃风速显著的参数分别为顶宽、底宽、高度、角度和孔隙率、孔隙率、高度和孔隙率,并构建了三个自燃风速的合理解算方程。     

不同火灾规模下隧道水幕线性喷水强度的研究

为了探究火源功率和水幕线性喷水强度对烟气特征参数和水幕阻烟隔热能力的影响,以全尺寸隧道为研究对象,采用FDS数值模拟方法,还原验证了前人使用的小尺寸模型,研究了20组工况下烟气特征参数变化的规律。研究结果表明:根据相似性原理还原后的全尺寸模型在相同工况下的模拟结果与小尺寸实验基本一致;水幕系统降低遮光率的效果随线性喷水强度增加而增强,当线性喷水强度增至一定程度时,遮光率和隔热效率无明显变化;对于中、大型规模火灾,水幕有效作用时间出现减少的情况;火源功率为5,20,30 MW的小、中、大规模的隧道火灾,综合考虑经济性和水幕效果,建议分别选择水幕的线性喷水强度为8,14,16 L/(s瘙
簚m)。     

水幕隔尘用缝隙喷口的边界流线构造与出流速度分布

为解决常规水幕除尘装置阻隔巷道或隧道的问题,基于势流叠加原理,推导缝隙喷口边界流线方程,构造喷口流线型边界线.在SolidWorks中利用流线型边界线形成二维面,拉伸得到三维结构;针对该喷口及现有锥形缝隙喷口,采用CFD软件中的Realizable k-ε湍流模型,完成内部流场的数值模拟.研究结果表明:入水口附近存在流...     

浅埋隧道下穿超近距密集管线施工变形时空特性研究

为分析浅埋隧道下穿密集管线施工地层与管线群变形时空特性,基于南昌地铁三号线邓埠站1号出入口暗挖隧道工程,利用理论分析、数值分析结合现场监测的方法进行研究。研究结果表明：隧道上方密集管线中位于前方的管线先承担开挖释放的部分土体应力,使其后方管线的变形大幅减小,平均减幅达23%;地层变形始终朝向掌子面,在掌子面到达时水平位移最大;因管线-土体共同作用,土体释放部分应力转移到地下管线,使地层沉降减小24%～38%,沉降槽宽度扩大40%;施工期间建议对污水管变形重点监测,在管线平均变形速率急速增大时,需提高监测频率。研究结果可为该地区相似工程施工提供参考。     

富水红砂岩地层隧道联络通道冻结温度场分布规律及其敏感性分析*

为了明确富水红砂岩地层中冻结温度场的影响因素,研究温度场的发展和分布规律,以兰州地铁2号线定西路站到五里铺站之间的隧道联络通道为研究背景,建立三维瞬态温度场有限元模型对冻结加固过程进行模拟,通过数值模拟和实测数据对比验证模型的准确性进而分析土体密度、导热系数、比热容的变化对温度场发展的影响。通过灰色关联分析法,得到各土体参数对温度场发展的影响程度。研究结果表明:冻结孔越密集,形成的冻结帷幕越厚,冻结壁温度越低;随着导热系数增大,形成的冻结壁温度降低,随着土体密度和比热容增大,形成的冻结壁温度升高;影响温度场温度的各参数灰色关联度排序为:比热容>密度>导热系数;当各参数分别增大30%时,温度场温度变化程度排序为:密度>导热系数>比热容。研究结果可为类似地质冻结工程的设计施工及土体改良提供参考依据。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

软岩大断面隧道二次衬砌支护时机的选择研究

为探明软岩大断面隧道开挖后围岩的变形与支护时机的相关关系,利用监控测量数据反演分析中获得的蠕变参数,校正ABAQUS的D-P蠕变模型;在此基础上建立数值计算模型,对具有代表性的围岩进口浅埋段、出口浅埋段和洞身段进行了相关的数值分析,研究软岩大断面隧道岩体的变形规律和支护时机之间的关系;通过埋设现场监控量测点对二衬支护时机的结果进行了验证。研究结果表明:出口和进口浅埋段的V级围岩,开挖后岩体的变形速率大、时间短,选择以最终位移量的80%为最佳支护时机,二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的15 d左右;洞身段IV级围岩具有变形速率小、时间长,以最终位移量的90%为最佳支护时机,洞身段二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的30 d左右。现场验证表明,选择的二次衬砌支护的时机是可行的。     

基于红外热成像技术烃类火灾下沉管隧道开裂分析*

为了研究烃类火灾下沉管隧道的开裂深度,建造沉管隧道缩尺模型,采用HCinc升温曲线在沉管隧道左、右两侧孔内同时开展明火试验。在沉管隧道火灾试验过程中,利用热电偶和红外热像仪测量沉管隧道的温度场变化,利用红外热像仪对混凝土裂缝位置的温度变化进行监测。基于混凝土内水分迁移原理,结合混凝土裂缝中水和水蒸气的温度变化及混凝土内温度场分布,推断出在点火95 min时,混凝土裂缝开展深度超过150 mm。研究结果表明:在沉管隧道内部发生火灾的情况下,受火侧受热膨胀容易导致沉管隧道外侧混凝土受拉开裂,在沉管隧道抗火设计中,建议考虑内外侧温差导致的混凝土开裂问题。     

考虑注浆结石体影响的隧道管片上浮理论解析

为掌握隧道管片在浆液结石体包裹下的上浮变形规律,通过研究圆管抗弯刚度,将浆液结石体与隧道管片形成的圆管组合梁转变为3层叠加组合梁;基于Girhammar 2层叠加组合梁理论与微单元力学分析,推导出考虑层间滑移效应3层组合梁等效抗弯刚度公式,进而采用温克勒弹性地基条件建立隧道管片上浮力学模型;结合工程实例,对比力学模型理论解析、实测数据和数值计算结果,并进行参数灵敏性分析。研究结果表明：力学模型理论解析、实测数据和数值计算结果吻合度较高,表明力学模型有效;浆液结石体留存厚度的增加可以有效降低隧道结构承受的弯矩,提高隧道结构安全性能;随着隧道两端约束的传递衰减,隧道上浮跨度超过140 m后,隧道变形最大值基本达到稳定。研究结果可用于预测隧道管片的上浮变形,并为隧道变形控制提供依据,促进隧道病害的安全治理。     

多层螺旋雾幕技术的喷雾模拟及降尘试验研究

为了解决掘进工作面传统喷雾除尘无法有效抑制粉尘扩散的问题,提出了一种将气动喷嘴呈螺旋状布置的多层螺旋雾幕除尘方法。采用k-ω湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过Comsol多物理场耦合数值模拟,得出了多层螺旋雾幕速度场分布和粒子轨迹的变化规律,结合模拟结果搭建试验平台,并将多层螺旋雾幕与传统喷雾的除尘效果进行对比分析。以2层雾幕为例的模拟结果显示,喷雾2 s时就会形成明显的2层螺旋状雾幕,10 s后旋转水雾充满整个模拟区域,并且雾滴粒径较传统喷雾更小。试验表明多层螺旋雾幕的除尘效果明显强于自然降尘与传统喷雾,3 min后可将浓度470 mg/m3左右的粉尘降到4 mg/m3以下。     

油气田瓦斯隧道开挖掌子面围岩安全厚度研究

为降低油气田区隧道施工风险，以龙泉山隧道为依托，采用数值模拟方法对隧道开挖掌子面前方围岩安全厚度进行分析，并结合现场监测数据对所得结论进行验证。研究结果表明:隧道施工使隧址区围岩应力重分布，且应力变化与围岩距掌子面距离L有关，当L≤0.75D（D为隧道净高）时，围岩处于应力释放区；当0.75D相似文献