热力耦合作用对桩及桩间土拱效应的影响研究*

为研究负温对桩侧应力及桩间土拱效应的影响,通过FLAC3D软件模拟热力耦合作用下新型排桩冻结法中桩间土拱效应的变化及温度效应下的桩间距,并根据巴霍尔金单排管冻结稳态温度场解析解,建立冻结壁平均温度区域解。研究结果表明:桩土接触面的应力分量τxy近似线性变化,应力分量σx近似均匀分布,温度降低对应力分量τxy的分布影响较小,但对应力分量σx的影响较大;负温使桩间距发生变化,且整体平均应力的分布也更加均匀化;通过与巴霍尔金解析解对比,证明单排管冻结温度场模型的可行性,在此基础上建立的单排管冻结壁平均温度区域解,其与数值模拟结果相差不超过1 ℃,计算误差满足工程要求;随着冻结时间的增加,单排管冻结壁温度场呈抛物线形式降低。     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。     

改性土-膨润土阻隔墙阻控离子型稀土矿氨氮污染

以土-膨润土为阻隔材料,使用硅灰及水泥对其进行固化改性,研究改性后阻隔墙对离子型稀土矿原地浸矿氨氮污染的阻控效果。通过了解阻隔墙材料的渗透性能、力学性能,并结合阻隔材料对氨氮的吸附效果、穿透效果和数值模拟结果,探讨改性土-膨润土阻隔材料对氨氮污染的阻控性能。结果表明:硅灰改性土-膨润土阻隔材料,最佳质量配比为硅灰∶土=1∶10,最佳含水率为67.80%;改性阻隔材料生成的铝硅酸盐提高了阻隔墙防渗性能,渗透系数为2.36×10~(-9) m·s~(-1);CaCO_3提高了材料的力学性能,使抗压强度达到0.896 MPa;改性阻隔材料对氨氮的吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir等温模型。这说明该吸附过程以化学吸附为主,并且该吸附是放热过程。在不同氨氮浓度的穿透下,渗透系数呈逐渐减小的趋势,实验期间并未达到穿透浓度。利用Visual MODFLOW数值模型对阻隔墙的阻控效果进行模拟发现,7 300 d后NH_4~+扩散范围小,未穿透阻隔墙。硅灰改性土-膨润土阻隔墙用于对离子型稀土矿氨氮污染阻控的效果较好。     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题,提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据,采用BP与RBF神经网络,通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择,并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差,而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好;通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现,神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好;通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明,神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

基于AHP-联系熵的应急预案实施过程风险评估

应急预案制定后的实施对于事故发生后预案的顺利运行至关重要,因此,有必要对应急预案实施过程的风险水平进行度量。以应急预案实施过程作为研究对象,基于风险理论与AHP-联系熵耦合方法开展风险评估。以应急预案实施过程风险水平为目标层,应急预案的宣传教育和培训、应急资源的定期检查落实、应急演习训练、应急预案的实用性检验、应急预案电子化、事故回顾等过程要素作为策略层,实施方法科学高效、调动工作者积极的态度、领导的重视和能力、设备的完整性作为方案层,形成应急预案实施过程风险评估三级模型;运用联系熵表征风险标准与应急预案实施过程风险水平这2个集对之间的关联性,在AHP结构模型和权重分配的基础上计算加权熵并得到目标层的总联系熵,对比标准熵区间得到应急预案实施过程的整体风险等级。结果表明,采用AHP-联系熵度量方法提高了评价结果的结构性和准确性,比传统直接加权的方法更符合实际情况。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

金属丝网对甲烷/空气预混火焰管道内传播的影响

为研究管道内金属丝网对甲烷/空气预混火焰传播的影响,通过实验和三维数值模拟研究安装金属丝网的管道内火焰传播特性以及流场、温度场的变化。结果表明:40目4层的金属丝网可以使火焰淬熄,30目4层的金属丝网无法淬熄,但可以使火焰停滞3 ms;大涡模型可以很好地对管道内火焰淬熄现象进行模拟;当火焰穿过30目4层金属丝网时,速度增大,在Kelvin Helmholtz不稳定和Rayleigh Taylor不稳定的耦合作用下形成湍流;金属丝网的目数会影响热量在丝网层中的扩散,当金属丝网为30目4层时,火焰热量扩散快,而当金属丝网为40目4层时,火焰热量扩散慢且温度大幅度衰减,衰减率达到83%。     

基于OpenFOAM的综合管廊舱内燃气泄漏扩散数值模拟

为实现综合管廊燃气泄漏扩散的精确高效模拟分析,进而为综合管廊燃气泄漏事故的安全防控提供技术支撑,利用OpenFOAM对城市地下综合管廊舱内燃气泄漏扩散进行数值建模计算,研究分析通风受限空间内的燃气泄漏扩散规律,并结合对应急响应时间的分析验证了通风策略的有效性。研究结果表明:气体射流作用与浮升力作用是影响综合管廊燃气泄漏扩散浓度分布的重要因素,采取合理的通风措施可有效加速燃气的流动与扩散,缩短燃气泄漏报警响应时间,有利于燃气泄漏事故应急决策与应急救援的快速实施。     

基于AHP-熵权法的基层地震科普能力评价*

为提高基层地震科普评价工作的客观性和精准性,根据“环境-投入-产出-效果”的评价框架,建立涵盖保障能力、队伍能力、设施能力、产出能力、活动能力5类26项指标的基层地震科普能力评价指标体系,选用AHP-熵权法计算指标的组合权重;以天津为例进行验证,并提出相关工作建议。结果表明:建立的评价模型对于开展定量化的区域基层地震科普能力评价具有较强的参考价值,评价结果与实际情况基本相符;天津市基层地震科普在硬件建设方面取得较好成效,但整体能力依然偏弱,16个区平均得分仅为0.344 8;发展不平衡、软实力不足是制约当前发展最重要的2个因素;提出相关的工作建议可为优化基层科普工作布局、提高工作实效提供有益参考。