基于CFX-ANSYS流固耦合的新型带支撑泥石流拦挡坝抗冲击性能分析

在常规的重力式泥石流拦挡坝基础上,提出了一种带钢支撑的钢-砼组合式拦挡结构.采用流固耦合分析方法,将CFX与ANSYS相结合,在Workbench运行环境下,对常规的重力坝与新型的带支撑拦挡坝进行了数值模拟计算及对比分析,探究了支撑布置范围、支撑高度、支撑间距等对结构极限抗冲击承载力的影响及其规律,验证了新型结构的优越性.计算分析过程中,特别引入了水利水电工程拱坝设计中的柔度系数C作为关键参数.结果表明:随着柔度系数C的增大,支撑对坝体极限抗冲击承载力的提高作用愈加显著,而常规坝体的极限抗冲击承载力随之降低,坝体设计中应充分考虑结构柔度的影响;应采用满布且高度接近坝高的支撑,同时,支撑间距不应过大,以2.0m为宜;坝体柔度系数C以14.0～21.0为宜,此时带支撑坝体的极限抗冲击承载力增幅可达10％ ～ 25％,支撑的加强效果较为可观,但柔度系数过大(C≥24.0)或过小(C≤12.0)均会显著降低支撑对坝体的加强作用,在工程应用中应根据实际情况判断是否设置支撑.     

泥石流拦砂坝抗滑稳定性与剖面参数的关系

为了揭示泥石流重力式拦砂坝各剖面参数的变化对坝体稳定的影响规律,利用坝体抗滑稳定计算基本公式,在对不同性质泥石流(稀性泥石流和黏性泥石流)的两种荷载条件下(空库和满库)拦砂坝稳定性计算分析的基础上,推导出泥石流重力式拦砂坝的剖面参数与抗滑稳定系数的关系式.结果表明:当冲击力足够大时,抗滑稳定系数与拦砂坝高度和迎水面坝面坡度均呈正比,且抗滑稳定系数对迎水面坝面坡度更加敏感;其他受力状态时,抗滑稳定系数与迎水面的坝面坡度成正比,与拦砂坝高度成反比.基于推出的计算公式,提出了坝体剖面参数拟定的新方法,对坝体剖面进行优化.     

基于GDEM-PDyna的尾矿库溃坝三维数值模拟分析研究*

为进一步探究尾矿坝溃决后特有泥石流运移规律,掌握坝体破坏前至溃坝结束全流程发展状态,依托广东省某案例尾矿库为研究对象,采用基于有限元与离散元耦合方法的GDEM-PDyna软件构建泥石流类流体下泄演化数值模型,开展尾矿坝溃决演化分析,动态模拟尾矿库溃决过程中泥砂运动规律及淹没范围,并与MIKE 21软件计算结果进行对比。研究结果表明:尾矿坝溃决后,泥石流类流体流速升高、持续时间较短且尾砂流量发展迅速,2种模拟方法对比结果表明溃坝后坝基位置下泄流量变化与下游敏感点溃坝淹没深度变化情况一致。研究结果可为实现尾矿库下游重点区域灾害评估提供量化支撑,可有效提高尾矿坝溃决后灾害影响评估的精准性。     

挖掘荷载冲击下输气管道动力响应分析

为了对挖掘荷载冲击下输气管道的动力响应情况与影响因素进行分析,利用ANSYS AUTODYN有限元软件对挖掘荷载冲击管道的过程进行数值模拟,根据仿真结果分析不同挖掘环境下管道的受损程度。研究结果表明:当受到挖掘荷载的作用时,管道的应力分布成对称状,在荷载作用位置单元处,有效应力达到最大值,且挖掘荷载大小与斗齿数对管道受损程度的影响较为明显。     

气爆危害对深隧竖井折板荷载的影响分析

深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载，严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势，开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验，分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载的影响。结果表明：气爆对折板的反向冲击荷载可达正向水动力荷载的20倍以上且与进气压和进气量均呈正相关；当竖井内自由液面“紧邻”折板且联络管接入干区时，折板将大概率承受较大的冲击荷载。在试验研究基础上，分别拟合出了联络管接入湿区和干区时的最大冲击荷载预测式。研究成果可为折板型竖井正常安全运行以及结构设计优化提供技术支撑和理论指导。     

电力配电房在火灾下的有限元模拟分析

针对钢框架结构形式的电力配电房在基本荷载组合工况下构件承载能力的关键问题,运用ABAQUS有限元分析软件对模型进行空间静力分析,得出电力配电房在各种工况下的最不利荷载及其位置;针对电力配电房在火灾工况下构件耐火性能的关键问题,运用ABAQUS模拟分析其在火灾工况下的温度场分布和钢框架结构的承载能力和力学性能,并对这两类工况对比分析。研究结果表明:在基本荷载工况下,电力配电房在恒荷载与活荷载形成的组合效应下产生的沿X、Y、Z方向的剪力和弯矩最大,且其形成的竖向位移也最大;在火灾工况下,电力配电房最大应力位置与普通荷载工况大致相同,但最大位移位置不同;虽有局部钢材应力超限,但钢框架结构仍具备承载能力,设计人员可将应力超限的构件替换为屈服强度更高的钢材而非全部替换,既保证了整体结构的安全性,又达到节约材料降低造价的目的。     

内部爆炸载荷作用下容器动力响应的数值模拟

运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力学有限元程序,采用流固耦合算法,对平板封头圆柱形爆炸容器(长径比1∶1)在内部爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟;研究容器壳体和平板封头典型位置的内部爆炸载荷和等效应力的历史;分别给出壳体和平板封头的应力云图;分析对比壳体和封头不同位置应力响应。数值模拟结果为爆炸容器的经验设计和防护提供了科学依据。     

预应力混凝土连续小箱梁桥荷载试验研究

为评估鄂钢东西区连接公路桥在正常运营状态下的承载能力和安全性,选取该桥第一、三联的预应力混凝土连续小箱梁进行静、动荷载试验。在静荷载下测试最不利断面的应力和挠度,通过动荷载试验来测试该桥的自振频率、振幅和冲击系数,并与理论值进行对比。结果表明：主梁测试桥面的挠度校验系数和断面的应力校验系数的理论值大于实测值,其最大相对残余变形和残余应变率均不超过20%;第一、三联一阶竖向振动频率实测值分别为3.20、3.55 Hz,实测值均大于计算值,结构整体刚度满足要求;第一、三联实测桥梁冲击系数分别在0.12～0.16和0.15～0.18,桥梁在冲击荷载作用下能正常运营。在正常运营状态下,桥梁结构的整体刚度满足设计要求,且处于弹性工作状况,该桥的自振频率和冲击系数均在合理范围内,表明鄂钢东西区连接公路桥整体承载能力满足公路I级荷载要求。     

防冲吸能构件应变特性及巷道支架应用研究*

为明确防冲吸能支护的力学特性及其应用效果,基于竖向准静态压缩试验研究防冲吸能构件的荷载位移曲线,采用ABAQUS模拟防冲吸能构件的变形压溃过程,并与试验结果进行对比,对变形过程中构件管壁的应变演化进行分析,进而研究吸能支架在冲击作用下的应变特性。研究结果表明:数值计算可以较好地对防冲吸能构件的变形吸能过程和荷载位移曲线进行模拟;采用该构件的液压支架能够满足防冲吸能支护的设计理念和原则;对吸能支架吸能特性研究,防冲吸能构件能够在冲击来临时更好地保护支架,研究成果可为冲击地压巷道支护体系提供设计参考。     

滚石作用下埋地钢管道动力响应数值模拟分析

研究滚石-土-埋地钢管道组成的多元体系在冲击荷载作用下的动力响应.依据三维动态接触面算法构建滚石、土体和管道相互作用的力学模型及有限元分析模型,并采用LS-DYNA有限元软件从滚石初动能、冲击夹角、模拟临界状态等方面对滚石冲击荷载作用下埋地钢管道的动力响应进行数值模拟分析.研究得到了管道在滚石垂直或不同冲击角度撞击条件下的应力、位移变化规律,并在管道破坏临界状态下模拟出滚石初动能与滚石落地点距管道中心水平距离的关系.滚石撞击过程中,管道上各节点位移先增加后减小,出现反弹.本研究对埋地钢管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值.     

基于FLO~(2D)与3DMine耦合的尾矿库溃坝灾害模拟

为预测和评价尾矿库溃坝的致灾情况,提高库区防灾减灾能力,建立尾矿库溃坝数值仿真模型。采用FLO2D泥石流模拟软件对湖南某尾矿库进行溃坝灾害过程仿真,并将模拟结果与3DMine数字矿山软件耦合,实时反演溃坝灾害过程。分析结果表明,该尾矿库溃坝时的最大溃决流速为40.2 m/s,下游沟谷最大淹没深度达13.6 m,溃坝瞬时最大冲击应力达100 MPa。三维动态反演了尾矿库溃坝前稳定状态、溃坝后0.01,0.02和0.05 h的尾砂流动状态和淹没范围。根据溃坝泥砂流动强度,对该尾矿库全部溃坝和半溃坝时的灾害程度进行三色图判别。     

动载下巷道围岩微震响应特征及支护研究

为探讨动载下深部巷道围岩变形特征,采用微震监测系统、顶板动态监测仪及FLAC3D 数值模拟软件研究深部工作面回采中微震活动特征及巷道变形破坏特征,模拟动载前后巷道围岩及支护体力学响应特性。研究结果表明:微震事件分布与累计损失能量均呈现出明显的3阶段特征,与工作面开采过程出现的初次来压、采空区初次见方和遇见断层现象相对应;微震事件的分布在时间和空间上具有一致性;动载下顶板破坏程度大于底板及两帮;动载扩大了巷道围岩塑性区范围,改变了围岩的受力状态,增大了围岩的变形量与支护体的受力;通过增加锚杆直径、长度、排距及提高预紧力对支护结构进行优化,现场监测数据表明,优化后支护方案保证了围岩的完整性,限制了围岩的变形,减小了锚杆受力,能够有效控制采动影响下巷道围岩的变形,对采动影响下深部巷道维护保证煤矿安全生产具有参考应用价值。     

尾矿库溃坝泥石流相似模拟试验台设计及验证

泥石流是一种极具破坏力的地质灾害类型,而尾矿库溃坝形成的泥石流除产生巨大破坏力外,还会造成严重的环境污染问题,为了分析其流态演进过程设计了泥石流相似模型试验台。本尾矿库溃坝泥石流相似模拟试验台采用全透明技术以观察泥石流的流态演进过程,同时在传感器对应位置外侧固定量尺,以记录泥石流流动过程中泥深的动（泥石流淹没高程）静（泥石流结束后滞留泥浆高度）态变化。与现有技术相比具有5大优点,主要体现在弯度调节、坡度调节及闸门装置3大系统,并通过相似模型试验与前人研究成果对比,验证了此试验台的可行性,对完善矿山泥石流流体力学理论及矿山泥石流防灾减灾工作具有重要的科学价值及意义。     

诱导式防冲支护装置的屈曲吸能特性研究

基于薄壁管件屈曲吸能原理,设计了具有特殊形状的诱导式防冲支护装置,应用于一种新式巷道吸能防冲液压支架中,旨在当突发围岩冲击时,通过装置自身及时的变形让位过程,应对支架遭受的冲击破坏作用并快速吸收其携带的冲击能,从而支架结构受到保护,围岩稳定性与巷道的整体性得到保障。防冲支护装置的承载力与吸能量通过吸能理论分析与计算获得;利用ABAQUS大型分析软件模拟两种防冲支护装置结构形式的变形吸能过程,在轴向加载的条件下进行单节支护装置准静态压缩试验。结果表明:单节防冲支护装置支护力大,比吸能高,吸能量大,总体吸能效果好。防冲支护装置吸能特性研究,为解决当下冲击地压发生时巷道支护安全问题提供了新方法。     

薄膜结构在动风荷载下的安全性能分析

从理论和实践两方面对薄膜结构在风荷载下的安全性能进行了研究。根据随机过程理论 ,用计算机模拟生成具有空间相关性的风场。发展建立了膜结构几何非线性动力响应问题的有限元公式 ,并以此为基础对一具体的膜结构进行了动力时程响应分析。通过观察膜结构在不同风速下的位移时程曲线 ,笔者发现 :当外界风速小于一定的临界风速时 ,结构的位移响应会逐渐趋于稳态 ,结构的振动逐渐趋于稳定 ,这时结构是安全的 ;当外界风速超过或接近临界风速时 ,结构的振幅会逐渐增大 ,膜结构将可能发生驰振损坏。进而提出了通过增大膜内预应力或提高膜曲面的曲率来防止膜结构风振破坏的方法 ,并指出了在设计和施工中为保证膜结构的风振安全应当采取的措施。     

动静组合加载作用下块系岩体动力响应分析

深部复杂地质条件下,煤岩破碎更趋呈块系岩体,在动载作用下易于产生超低摩擦效应并失稳诱发煤岩动力灾害。采用FLAC-3D软件模拟块系岩体在垂直冲击载荷和水平静力共同作用下的动力响应,深入分析块系岩体超低摩擦效应发生机理,得到垂直冲击载荷和水平静力共同作用对工作块体位移和应力的影响规律,确定了块系岩体产生残余位移和超低摩擦效应的水平静力特征值条件。研究结果表明:仅垂直冲击载荷作用时,冲击载荷作用强度对残余位移影响并不明显;垂直冲击载荷和水平静力共同作用下,水平静力与残余位移曲线呈半抛物线关系;不同垂直冲击载荷作用下,产生残余位移的突变点不同,且当施加的水平静力处于不同特征值区间时,工作块体运动状态随之不同。     

尾矿坝溃决泥浆运动机制及其预测模型研究

以尾矿溃坝砂流下游演进动力学过程为研究重点,综合运用水文学及水动力学等运动理论和数值计算方法,建立描述尾矿坝溃决泥浆运动的数学模型,采用VOF模型对溃坝后的砂流运动过程进行数值模拟。以某溃决尾矿坝为例,对溃坝后下泄砂流演进过程进行模拟,模拟得到的最终影响范围及泥深均与该溃决尾矿坝溃后的现场观测结果相吻合,证明了模拟的有效性和正确性。     

机器振动对厂房结构影响的检测及分析

应用振动测试方法,对机器振动对厂房结构的影响进行检测及分析.检测结果分析表明,在机器振动产生的动荷载作用下,厂房结构振动响应不满足工程结构安全要求.分析了其原因并提出应采取的有效措施,为对厂房结构进行安全评价提供了可靠的科学依据.     

尾矿坝溃坝后果严重度评价模型研究

尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流,一旦溃坝将给当地的工农业生产及尾矿库下游的人民生命财产造成巨大的灾害和损失.分析并提出了影响尾矿坝溃坝后果严重程度的4个主要影响因子(尾矿坝规模、生命损失、经济损失和社会环境影响),依据现行法规,对各影响因子进行了分级,利用综合因子加权法构造了尾矿坝溃坝后果严重度的评价模型,给出了判别严重程度的定量指标.该模型的建立,为尾矿库的风险管理提供了依据.