温度作用下煤层瓦斯解吸渗流规律数值模拟

如何提高煤层气渗透率是目前煤层气开采研究中的重要课题。基于煤层瓦斯渗流规律数学模型,利用COMSOL Multiphysics软件,对流-固-热耦合条件下的非等温煤层气解吸、渗流变化规律进行了数值模拟。结果表明,在注热条件下,煤层气渗流压力随着温度的增加而下降,且下降速度加剧,压力差越大,气体从高压区域流向低压区域的渗流速度越快。气体在煤层中径向流向井口,井口附近压力的梯度增大,气体渗流速度较快;在未受到加热影响的区域,煤层气不受外加热量影响,煤层气解吸速率保持不变;注热后煤层温度升高,可以加快煤层气渗流速度、提高渗透率、增加煤层气产量。研究成果可为煤层中注热开采煤层气的工程实践提供相应的理论依据。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明:当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

浅谈裂隙岩体渗流与应力耦合的问题

针对工程岩体在渗流与应力相互作用下动态平衡体系中的变形及稳定,提出了裂隙岩体渗流与应力耦合的研究课题。结合岩体渗流的特性,分析了裂隙岩体应力与应变对渗透系数的影响情况,然后对裂隙岩体渗流场和应力场耦合作用及反演分析的思想和方法进行了论述,最后对目前裂隙岩体渗流场与应力场耦合的研究进展和存在的问题进行了介绍。     

城市地下水流场人工调控与减灾方案

以郑州市为例,针对城市区域长期过量开采地下水导致的一系列严重的环境地质灾害,诸如地下水水位持续下降形成区域地下水降落漏斗并不断扩张、含水层疏干、供水井吊泵、泉水断流、地下建筑工程浸没、地面沉降和塌陷等,探讨了城市地下水流场人工调控的减灾方案。建立了地下水系统的准三维动态数值仿真模型,以非均质各向同性渗流模型仿真地下水流,用不规则三角网格有限差分法求解了三维数值仿真模型。先解逆问题反求参数,再解正问题计算地下水各项资源量,数值仿真预报地下水渗流场至１９９８年。在此基础上,通过地下水渗流场的宏观调控与优化管理,使研究区内不合理开采地下水资源所引发的环境灾害减小到最低程度,为郑州市的环境减灾工作提供了科学依据。     

渗流-应力-损伤耦合研究现状

归纳总结了渗流-应力-损伤三场耦合的研究现状，并详细阐述了其中两场进行耦合研究的类型及各自的使用范围和优缺点。渗流一应力耦合包括多孔介质的渗流-应力耦合和裂隙系统的渗流一应力耦合两方面的内容。通过对前人研究成果的总结，研究岩体微裂纹的萌生、连接、扩展和贯通全过程中渗透率演化规律及作用机理，对于解决工程实际问题有一定的应用价值和参考价值。     

面板砂砾石坝异常渗流及破坏机制探讨

利用非饱和土渗流理论,对沟后面板砂砾石坝进行了三维渗流场分析.通过渗流计算表明:渗注场受面板纵向缝止水失效的影响不大,仅仅呈现垂直人渗的特征.面板顶部与防浪墙接缝止水失效单独作用时仅能饱和坝体顶部小范围土体.面板在一定范围与坝体脱开、坝体填料渗流性质各向异性、库水位漫过防浪墙底板,这些异常情况的组合导致了坝体渗透破坏.异常状态渗流发生时,坝体顶部区域饱和,而坝体中部仍存在非饱和区,坝体下部饱和区相应点处孔隙水压力值则无明显提高.     

采动过程中下被保护层煤体变形渗流规律研究

为得到采动过程中被保护层煤体的变形、渗流规律,进行了煤样在加卸载应力作用下的变形与渗流实验研究。以红阳三矿上保护层开采为工程背景,采用数值模拟得到保护层采动过程中下被保护层煤体的加卸载路径,依据该加卸载路径对被保护层煤体试样进行加卸载,得到应力—应变及应力—渗透率关系曲线。研究结果表明:加卸载过程中,轴向应变随加卸载表现为线性向非线性转变,且卸载过程中轴向应变未能恢复至初始值;环向应变随加卸载表现为非线性变化。相同应力值对应的加卸载渗透性变化规律为:一次卸载阶段渗透率小于一次加载阶段渗透率小于二次加载阶段渗透率。     

三峡船闸高边坡的渗流损伤耦合分析

讨论了复杂岩体工程中渗流场与损伤场的相互作用问题,建立了渗流损伤耦合作用数学模型,并运用数值方法,对三峡船闸高边坡节理岩体中渗流场与损伤场的相互作用机理及其对工程岩体稳定性的影响进行了分析研究。     

开采地下水引起的地面变形及其对工程的危害

本文以实例表述了开采地下水对水文地质条件的影响，及其引起的土体变形对工程的危害。从物理和力学观点探讨了开采地下水引起土体变形的三种机制：疏干区土自重的增加；承压含水层水压力的降低；饱水区渗流场水力梯度的变化。在变形机制探讨的基础上，提出了估算开采地下水引起土体变形的力学模型。     

稀土矿层厚度对浸矿边坡渗流及稳定性的影响

在原地浸矿和稀土边坡稳定性关系研究中,往往忽略了矿层厚度的影响,为此选取3个具有代表性的边坡实例,基于Fredlund提出的饱和-非饱和渗流理论,构建考虑稀土矿层厚度的采场边坡在不同注液强度下浸矿饱和液面及孔隙水压力与浸矿时间的关系,研究不同全风化稀土矿层厚度对边坡渗流场及稳定性的影响。结果显示,在矿层厚度不变的情况下,注液强度越高,坡体内浸润线和孔隙水压力增加越快,边坡稳定性下降越快;在一定的注液强度条件下,矿层厚度对浸润线的上升具有明显的滞后效应,厚度越大,浸润线和孔隙水压力上升速度也越慢,边坡稳定性下降速度则相应减缓。因此,稀土矿层厚度对稀土边坡渗流场及稳定性的影响是显著的,稀土采场拟定合理注液强度时不容忽视。     

扩底桩桩侧土水平抗力的分布特性

桩侧土的水平抗力是计算桩基水平承载力的重要因素。本文对扩底桩基础桩侧水平抗力特性进行研究。制定模型试验方案,进行扩底桩水平加载室内模型试验。整理模型试验加载数据获得扩底桩在水平荷载作用下的桩顶加载位移曲线、桩侧土抗力、桩底土抗力的分布曲线等重要数据,分析各数据获得扩底桩桩侧土水平抗力的分布规律。通过有限元软件模拟不同桩长、扩底尺寸的扩底桩承受水平荷载时的加载情况,通过对数值模拟结果的分析获得扩底桩受水平荷载作用时的受力变形特性,研究不同尺寸参数对扩底桩水平受力特性的影响情况。研究表明,桩长越短越有利于发挥扩大头的嵌固作用。根据对桩底扩大头处土抗力分布曲线的分析研究扩大头的嵌固力作用,进而提出扩大头嵌固力的计算方法。     

浅埋富含水砂层盾构下穿敏感性建筑水平冻结+短钢箱接收技术∗

盾构始发与接收是盾构法隧道施工的关键风险点,以常州地铁1号线一期工程博爱路站-常州火车站区间下行线盾构接收工程为例,隧道下穿常州火车站站厅,隧道顶部距地下大厅结构底板仅3.75 m,受地面条件限制采用水平冻结加固方式。通过对冻结温度场、卸压孔压力及车站底板隆起进行跟踪监测与分析,结果表明:受地下水影响温度下降缓慢,车站底板因冻胀隆起较大,最大隆起处位于隧道端头中心线处约为46 mm,且底板隆起值与测点温度的变化密切相关;为防止温度低引起冻胀过大造成上部结构破坏,采取在冻结壁外围适度卸水进行卸压措施;在冻结壁交圈但厚度尚未完全达到冻结设计要求情况下,提出加装短钢箱装置进行盾构接收。实践表明,适度卸压水平冻结+加装短钢箱接收方式密封止水效果良好,安全可靠,可为今后类似工程提供可行技术。     

临近高铁线钢桁梁顶推横移施工模拟与实测研究

为保证钢桁梁顶推横移施工期间临近高铁线的运营安全,基于Plaxis 3d软件对钢桁梁横移过程中周围土体的变形影响范围及临近高铁桥墩的变位情况进行数值计算。在此基础上通过现场实测的手段,重点针对施工期间临近桥墩的竖向沉降与水平位移进行高频率监测。结果表明:对比分析数值计算与现场实测结果,可知钢桁梁顶推横移过程中,土体的沉降变形不断向临近高铁线延伸,高铁桥墩周围土体受影响较为明显。桥墩的竖向沉降与水平位移变化均基本稳定且在预警值范围内波动,其中桥墩竖向沉降几乎不受影响,水平位移受影响相对较大。该研究结果可为今后类似临近既有高铁线桥梁上部结构施工提供可靠参考。     

华南地区应力测量与分析

本文分析、讨论了华南区的应力场特点及其与地震的对应关系。结果表明,华南地区是中国大陆应力值偏高的地区之一,至今尚未达到水平应力均恒,存在明显的水平应力差值;其应力分布主要受菲律宾海板块和印度洋板块的影响。块体内应力方向比较一致,最大水平主压应力方向为北西向。由于存在明显的水平应力梯度,华南区应力值有随时间增大的趋势。     

渤海及其周围地区现代构造应力场特征

利用地震震源机制解等资料,分析了渤海地区现代构造应力场特征。结果表明,本区应力场总体方向较华北地区稍向右偏转,力的作用方式以近水平和水平为主,主压应力显示一定斜向作用和局部垂向作用;以横贯渤海的两亚板块(黑龙江与华北)分界带—北西向构造带为界,南北两区应力场方向存在差异,地震破裂方式也存在相应差异,这种差异可能与两区的动力源方向不一致有关。主压应力轴方向在其总体稳定的背景上呈现时间尺度不同的波动变化,进一步研究这种波动的成因及规律,对地震预报及岩石圈动力学的研究均有实用意义。     

圆形和直墙拱形地下隧道地震反应数值模拟对比分析

考虑土与结构动力相互作用的影响,将地基土—地铁区间隧道结构体系视为平面应变问题,建立了土—地铁区间隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,对圆形和直墙拱形隧道的地震反应进行了数值模拟;分析了在相同的埋深和场地条件的情况下不同隧道结构形式在不同地震动作用下的应力、加速度和相对水平位移反应特性。结果表明:圆形隧道结构的应力和相对水平位移反应明显小于直墙拱形隧道。从抗震设计角度考虑,选择隧道形状时应优先采用圆形隧道。     

地震作用下滑坡水平运动距离概率预测模型∗

地震诱发滑坡失稳是一种常见的地质灾害。如何预测地震作用下滑坡的水平运动距离对该地质灾害的防治具有重要作用。现有经验预测模型存在不能区分有阻碍滑坡和无阻碍滑坡,依据的案例较少且只能提供滑坡水平运动距离的最优估计值而无法提供其预测误差的局限。针对上述不足,首先建立包含380个案例的地震滑坡水平运动距离案例库,基于最大似然法原理,提出可同时考虑有阻碍滑坡和无阻碍滑坡的地震滑坡运动距离经验模型标定方法。单因素回归分析表明,地震作用下滑坡水平运动距离与滑坡垂直运动距离和滑坡体积具有较高的相关性,与滑坡倾角和滑坡表面长宽比相关性较小。在此基础上,通过逐步回归的方法建立滑坡水平运动距离的多因素预测模型。案例分析表明,提出的模型具有较高的预测精度。提出的地震作用下滑坡水平运动距离预测模型可为地震滑坡危险性评价提供参考。     

深埋岩溶隧道掌子面突水灾害可靠性上限分析∗

旨在研究高地应力、高压富水条件下深埋岩溶隧道掌子面突水灾害的可靠性问题。基于已有研究成果,考虑高地应力以及高压富水地质条件,采用极限分析上限法构建了以剪切破坏为主的深埋岩溶隧道掌子面三维防突机制。根据虚功率原理建立突水破坏过程中的能量方程,利用Hoek-Brown 强度准则求解了高地应力以及高压富水条件下防止掌子面突水所需要的支护力上限解。在极限破坏状态下,根据掌子面上施加的支护力与突水破坏时的围岩压力构建极限状态方程,建立了深埋岩溶隧道掌子面防突可靠度模型,并采用响应面法计算了掌子面发生突水灾害的失效概率。分析了水平地应力、溶腔水压力、岩体强度参数以及隧道洞径对支护力、潜在破坏长度的影响规律,给出了满足不同容许失效概率下深埋岩溶隧道预防突水灾害所需要的最小支护力以及在有限支护效应下能抵抗的最大破坏长度。将研究成果应用于实际工程案例中,与已有研究、现场结果相比较,验证了本文计算结果的有效性,可为今后类似深埋岩溶隧道的防突问题提供理论指导和参考。     

从重复重力测量资料中用场论方法提取孕震信息的探讨

根据重力场非潮汐变化的波长特征讨论了由重复重力测量结果中提取地震前兆场信息的可能性。文中提出并应用场论理论中重力梯度场变化的二维散度可突出与地震有比较直接关系的孕震信息。通过对北祁连河西地区几次强震的分析研究，认为重力散度较好地反映了地震发生前震源区的孕震特征，是一种值得进一步研究的方法。