多角度辨识压裂套管变形的失效影响因素

页岩气开发具有施工压力大、排量大、改造规模大的特点,使得压裂套管处于复杂力学环境中。挤压、剪切和弯曲等载荷共同作用,易引发套管挤毁变形,进而导致后续作业时井下工具下入遇阻。但目前研究多针对压裂套管的单一失效原因,难以保障其完整可靠性。鉴于此,针对页岩气大规模压裂作业特点,从不同薄弱位置（如垂直段、造斜段、水平段）、不同自身规格（如钢级、外径、壁厚）和不同约束条件（如内压、孔径、螺距）等多角度,系统辨识套管变形的失效影响因素。通过建立压裂套管三维模拟的有限元模型,分析套管内压变化引起套管应力、位移的变化规律及形态,明确套管变形的大小以及与载荷变化的关系,并揭示套管变形的位置及影响因素的临界值。结果表明:压裂套管的造斜段最大变形、水平段应力集中现象较为严重,属于危险脆弱点;且套管最大应力、最大位移随内压的增加而近似成线性降低关系。     

降雨作用下三峡库区秭归谭家湾滑坡监测预警研究

三峡库区秭归谭家湾滑坡是一座典型的具有“阶跃型”位移特征的降雨诱发型堆积层滑坡,它的变形破坏严重威胁着公路行车和周围居民的生命及财产安全。为研究谭家湾滑坡位移-降雨间的响应关系,首先利用皮尔逊相关分析法,探讨了谭家湾滑坡累计位移与累计降雨量之间的相关性,得到滑坡中前缘区域累计位移与累计降雨量的相关性最强,滑坡中后缘及左侧冲沟附近累计位移与累计降雨量的相关性次之;然后,定义了非相似度用于研究滑坡变形各个监测点与G11监测点位移序列间的相似性,从空间上将滑坡变形划分为3个主要变形区,并依据滑坡所处的变形状态,从时间上将2020年滑坡变形过程划分为3个变形时段;最后根据滑坡变形特征和各个变形区域的差异,确定降雨诱发型滑坡进入加速变形阶段的前期降雨量与当次降雨量阈值,得到了滑坡不同变形区域各个演化阶段的位移速率阈值,并结合现场巡查的滑坡宏观变形建立了基于滑坡位移-降雨响应的4级综合动态预警模型,再利用2021年谭家湾滑坡变形监测数据对该模型进行了验证。     

基于应力与位移分析的地表沉陷区圈定

地表沉陷区是判定地表建(构)筑物稳定性的重要依据，一般认为沉陷区内地表的下沉值较大，不利于建(构)筑物稳定。充分采动时通常在垂直和平行矿体走向的主断面上，从采空区边界按照查手册确定的地表移动角向地表绘出矿体两侧的地表临界变形点，再连接这些临界变形点形成地表移动区。不充分采动或充填法采矿时还没有地表移动区的圈定方法，只能沿用充分采动的圈定方法，导致圈定的范围过大或评价结论不可靠。基于房柱式留矿法对地表滑坡影响的理论分析和数值模拟，得出不充分采动时绘制地表移动区的启示，并结合充填采矿的地压规律研究，探讨了充填采矿的地表移动区绘制方法。结果表明：充填采矿时应根据主断面开采的应力与位移分析确定地表沉陷区绘制的参考面及地表移动角；附近几乎受拉或地压与原岩应力区别很大的位移等值线与水平面所成的角应为地表移动角，否则，根据附近不受拉或处于原岩应力状态的位移等值线确定的移动角偏小，圈定的地表沉陷区过大；主断面内位移变化明显的平面应为参考面，如矿柱稠密或充填法采矿时最顶部采场的顶板。     

隧道开挖地层位移计算方法及工程应用∗

经验方法是计算隧道开挖引起地层位移的重要方法，尤其是当地层的非线性塑性变形显著时，经验方法可更为合理地描述地层的位移分布规律，但是可实现地层竖向位移和水平位移统一计算的方法尚未建立。基于隧道上方土体单元的运动特征，提出了隧道开挖引起的地层位移的经验计算模型，建立了地层水平位移和竖向位移之间的关系。通过分析 25 组现场工程数据，优化了隧道上方地层最大沉降 S_v，max（z）的公式，结合已有的沉降槽宽度系数 i（z）的公式，发展了 Peck‐Mair 公式，实现了隧道上方地层竖向位移场的合理计算。根据地层水平位移和竖向位移之间的关系，基于发展的 Peck‐Mair 公式，推导了地层水平位移的计算公式，实现了地层竖向位移和水平位移的统一计算。在地层水平位移计算公式中，变量 H（z）表示土体运动定向点位置随深度的变化规律，基于工程实测结果提出了一个对数函数实现了 H（z）的定量描述。利用伦敦 HEX 隧道工程中实测的 2 组地层位移数据，验证了所提地层位移计算方法的合理性。最后，将提出的地层位移计算方法应用在北京地铁 12 号线安‐安区间渡线段隧道开挖工程，实现了该工程中隧道开挖引起的地层位移场的反演。     

重复采动顺层岩质斜坡变形破坏动态演化规律研究

在顺层岩质斜坡下覆岩层中进行采煤活动极易诱发滑坡、崩塌等地质灾害，严重威胁人民群众的生命和财产安全。运用UDEC离散元数值模拟方法，研究了近距离煤层群重复开采对其上覆顺层岩质斜坡变形破坏的动态演化规律。结果表明：1)重复开采导致斜坡的滑移范围扩大，坡面附近的下沉位移明显增加，且超过采高，同时坡肩附近的水平位移加剧，超过单层开采时的2倍；2)采动斜坡裂缝具有明显的动态阶段性发育特征，单层采动时坡面中下部临时性裂缝发育过程为“积累—产生—扩展—缩小闭合”,坡面上部及坡顶未贯通至滑面的裂缝发育过程为“积累—产生—扩展—稳定”;3)在重复采动影响下，部分临时性裂缝和未贯通裂缝均开始活化，其发育过程为“活化—扩展—稳定”,最终转化为永久性裂缝，同时坡体内出现离层，横向裂缝显著增多，坡表产生更多细小开口的裂缝群；4)重复采动不仅会导致新裂缝的产生，也会加剧横向裂缝的产生和扩展，使得坡体更加破碎，稳定性逐步降低。研究成果为采动顺层岩质斜坡变形破坏机理研究奠定基础，为采动顺层岩质斜坡稳定性分析提供参考。     

上覆富水砂层地铁隧道掌子面变形特征数值试验研究∗

为研究地铁隧道在上覆富水砂层下的变形特征，以典型上覆富水砂层隧道—青岛地铁 2 号线啤—苗区间为工程研究背景，采用 FLAC 3D 数值模拟软件对不同富水砂层厚度与隔水层厚度工况下隧道掌子面位移、塑性区变化特征进行了研究分析。研究结果表明：隔水层厚度是影响掌子面是否发生涌水涌砂的主控因素，在开挖过程中应时刻注意富水砂层距离隧道顶板的安全距离，临界隔水层的厚度为 3 m。同时，当隔水层厚度越大、富水砂层厚度越小时，掌子面变形就会越小。以临界工况为研究对象，通过分析开挖过程中隧道拱顶—拱腰—掌子面应力和位移变形规律，引入了位移释放系数和应力释放率两参数来揭示围岩与掌子面在隧道开挖过程中的影响关系。通过进一步拟合掌子面失稳破坏预测方程，得到了掌子面变形释放率拐点先于同一断面围岩径向变形且发生在开挖到目标断面之前的重要结论，因此在实际隧道开挖过程中应将掌子面的变形作为首选敏感监测指标。研究结果可为该不良地质条件下隧道掌子面稳定性和预加固时机选择提供一定的理论指导。     

地下隧道深基坑仰坡开挖与支护数值模拟及安全性分析

为了降低地下隧道深基坑施工风险，避免基坑仰坡开挖过程中造成坍塌事故，以重庆九号线从岩寺站的隧道掘进机始发洞口深基坑工程为背景，对基坑南侧仰坡的分级分层开挖进行数值模拟，分析在不同支护方式下仰坡开挖产生的围岩变形规律与特征，并结合现场实时监测数据对深基坑开挖过程进行安全性分析。结果表明，深基坑仰坡实测水平位移与数值模拟结果变化规律基本一致，计算模型反映了基坑因开挖而引起的水平变形，数值模拟结果合理。深基坑仰坡水平位移随开挖深度增大而增大，最大值位置从二级坡中点附近逐渐下移到一级坡中点附近；采用喷锚支护的支护方式，相比单纯锚杆支护与未支护下的基坑开挖，支护效果更加显著，最大水平位移有明显减小，表明该深基坑采用的开挖与支护方案是安全有效的。     

基于Madis-GTS NX的深基坑支护分析与三维数值模拟应用

以昆明国际汇都二期基坑工程为实例，从分析周边环境受深基坑开挖影响的各因素入手，采用理论分析、现场监测与数值模拟相结合的方法，应用Midas/GTS软件对此工程建立三维基坑模型，完成基坑分布开挖施工过程模拟，并进行数值模拟分析。将深基坑与周边土体、邻近建筑物看作一个系统，进一步研究周边地表及邻近建筑物在各影响因素下的变形规律。最后将模型中的支护结构变形值与实际检测结果进行分析对比，结果表明Midas建立的模型具有可靠性，得出基坑在开挖的过程中对邻近建筑物地表沉降产生一定影响，为施工设计与检测提供了可靠的依据，所得出的数据也为后续类似工程案例提供了数据支持。     

露天煤矿内排土场填方体变形规律研究

为了合理地优化元宝山露天煤矿内排土场填方体与英金河改选河道位置的安全距离，开展露天煤矿内排土场的沉降变形规律研究。采用定常伯格斯(Burgers)蠕变模型对排土场填方体细粒土质砂蠕变参数进行反演，应用有限差分软件FLAC^3D对内排土场排水垫层砂砾石土蠕变参数进行反演，同时利用FLAC^3D对内排土场填土过程进行数值模拟。结果表明：在整个排土过程中，排土场的沉降位移随着时间的延长而增加，在前0～2 a内，沉降位移增加速率较快，在2～4 a内，其增加速率出现减小，而在4 a以后趋于稳定；在细粒土质砂参数反演过程中，在蠕变过程的衰减蠕变阶段，数值计算与现场监测结果差距较大，而在稳态蠕变阶段，数值计算和现场监测值相一致；填土高度对排土场填方体的沉降量及其达到稳定的时间具有影响，填土高度越大，工后沉降量越大，所需达到稳定的时间越长；填方体推进位置对排土场的沉降位移具有较大的影响，合理地优化填方体与河道安全距离可以缩短排土时间。     

大坝变形GA-LSTM组合预测模型研究

为监测大坝运行过程中的异常状态，防范化解大坝溃坝等重大风险，基于大坝变形大样本、非线性监测数据，引入长短期记忆(Long Short Term Memory, LSTM)神经网络模型对大坝变形趋势进行预测，以测试样本的均方根误差最小为适应度函数，采用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)优化LSTM模型参数，建立大坝变形GA-LSTM组合预测模型。以福建水口水电站大坝为例进行验证分析，并与LSTM模型和门控循环神经网络(Gated Recurrent Unit, GRU)模型预测结果进行对比分析。分析结果表明，GA-LSTM模型的预测效果和性能更佳，且相较于LSTM模型和GRU模型各测点预测误差均有减小，平均绝对误差减小量最高达6.92%。