加卸载下含水率对含瓦斯煤岩损伤变形的影响分析

采用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服控制渗流试验装置对不同含水状态煤样进行了加卸载下三轴变形与渗流特性的试验研究。研究结果表明:含水率越高,煤样的三轴强度越低,失去抵抗外部载荷所产生破坏的能力越快,且塑性变形增强,脆性破坏减弱,瓦斯流量增加越小;含水率的增加能够使得煤岩破坏时积聚的弹性能减少,并且释放速率更加缓慢,更多的消耗于塑性变形中,这有助于预防煤岩破坏时由于弹性能的突然释放而导致的大型煤与瓦斯突出事故的发生;基于Logistic方程和能量耗散理论,建立了煤岩损伤演化数学模型,通过对试验数据的拟合分析,两者吻合程度较高,能够为煤岩损伤破坏提供预测。研究结果对于具有煤与瓦斯突出危险性的煤层进行注水消突具有理论指导意义。     

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。     

粒状煤和块状煤等温吸附CH4试验研

为探究不同尺寸煤样吸附瓦斯特性的差异,以漳村矿3#煤为研究对象,利用自主研制的多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置,开展粒状煤和块状煤的等温吸附试验,测定不同吸附压力下的吸附量和变形量。试验结果表明:在相同的吸附平衡压力下,吸附量随煤样粒径的增大而减小;粒状煤吸附瓦斯的能力大于块状煤,原因是粒状煤的有效比表面比块状煤大,增加的微孔吸附瓦斯使得煤吸附瓦斯量增加。块状煤的变形量随吸附平衡压力而增大,但增加量逐渐减小。经讨论分析可知:煤体吸附膨胀变形是煤基质吸附膨胀和气体压力压缩共同作用的结果;粒状煤测定的吸附常数应用到煤层数值模拟中会引起一定的误差。     

共同管沟深基坑现场变形监测与数值模拟分析

为了分析共同管沟深基坑边坡的变形规律及其对邻近建筑物的影响作用,以三星深基坑工程为例,采用数值模拟分析并进行现场变形监测验证。结果表明:降水措施对深基坑开挖引起的水平位移作用不大,而对竖向位移作用较大;随着深基坑开挖深度的不断加大,边坡土体的水平位移和竖向位移总体呈现增大的趋势,最大水平位移值表现为从坡脚向坡脚上方移动;原地下水位线以上所开挖边坡的最大竖向位移都发生在坡脚处,采用降水措施后,原地下水位线以下所开挖边坡的最大竖向位移出现在原地下水位附近。现场变形监测与数值模拟计算结果吻合度较高,说明土体参数的选取合理。研究成果可提升城市共同管沟深基坑建设安全设计及施工水平、降低工程风险损失。     

页岩气体积压裂过程中套管失效机理研究

为了研究体积压裂过程中套管失效问题,基于页岩气水平井X-1h钻完井资料,提出了微地震数据反演方法,并结 合岩石断裂力学和岩石损伤力学,建立了X-1h体积压裂地层-多簇射孔-套管有限元模型。有限元结果表明:体积压裂范 围内的地应力场发生明显变化,甚至出现“张应力”区和“零应力”区的应力反转现象,该特征将不同程度地使套管在 地层中出现“悬空”状态,导致套管沿其径向产生一定程度的挠度变形,沿轴向套管呈现“S”型变形。适当增加压裂 段与段之间的间距,缩短多簇射孔压裂段的有效长度,可以有效地降低或控制水平段套管的“S”型变形量。该研究方 法和研究成果为体积压裂技术的套管变形失效控制以及页岩气安全生产提供了理论依据。     

能源桩-土体接触力学特征试验装置的研发与应用

研发了能源桩-土界面特性测试仪,在测试仪中安装可控温钢筋混凝土模型桩,在桩周围填充各类土体,模拟不同地基中的能源桩。通过对土体施加一定的恒定竖向荷载模拟不同深度的土层。模型桩中安装有换热管,利用低温恒温水浴,通过循环液控制桩体的温度,模拟能源桩吸热、放热过程。利用铂电阻温度传感器测量桩和土体的温度;利用安装在桩体表面上的微型土压力计测量桩-土界面的法向应力;利用FBG准分布式光纤传感技术测量桩体的周向变形。以砂土地基为例,通过冷热循环试验,准确得到了桩温、土温、桩-土界面的法向应力和桩的周向变形,说明EPSICA可以用于揭示桩-土界面的接触力学特征,为能源桩的热、力学行为研究提供了新的手段。     

采用GPS与全站仪对大跨斜拉桥进行变形监测

在桥梁运营期间,由于各种原因,会造成其不同程度的损伤和破坏。为了保证既有桥梁的安全运营和尽可能延长它的正常使用年限,应对其进行实时健康监测与安全性评估。以东营黄河胜利大桥为背景,提出了采用 GPS与全站仪相结合的健康监测方法,阐述了整个监测方案的具体实施过程并对观测数据进行了初步分析,对试验进行了总结,并对未来研究方向提出了建议。     

基于时间序列的深基坑支护结构变形预测

基坑工程由于受多种因素的影响．目前已成为岩土工程中的重点和难点。在基坑施工过程中,需要根据现场的实际工程地质条件及选择的支护型式、建筑物的安全等级．对支护结构的变形进行严格控制。时间序列分析主要是指采用参数模型对所观测到的有序的随机数据进行分析与处理的一种数据处理方法。通过现场量测的深基坑围护结构变形信息资料,对数据进行整理和分析．利用时间序列分析法对支护结构的变形作出预测,以保证基坑安全施工。     

深部顶板夹煤层巷道变形破坏分析及其控制

为了探究深部顶板夹煤层软岩巷道大变形破坏问题,以平煤六矿三水平戊二胶带运输巷为工程背景,开展夹煤层巷道围岩破坏分析及控制对策的研究。首先,构建原支护体系组合拱力学模型,推导出直墙半圆拱形巷道稳定判别式;其次,提出“锚网索-梁-注浆-组合砂浆锚索”联合返修控制对策,即沿戊₈煤层顶板进行巷道扩刷,采用锚网索、梯子梁完成基本支护,对围岩进行深浅孔注浆加固、顶板及两帮关键部位布置组合砂浆锚索等加强支护,并通过数值模拟分析返修前后应力、位移场分布特征;最后,开展工业性试验,并监测矿压。结果表明：两帮及顶底板最大收敛量分别为93、 112 mm,后期变形速率均低于1 mm/d,围岩变形得到有效控制,返修效果良好。     

山区机场高填方边坡工程实践与研究

在山区机场工程建设中,由于地形地貌的限制,高填方工程一般兼具有地形起伏较大,地质条件复杂,工程量巨大等特点,由此给山区机场带来一系列特殊性工程问题,尤其是高填方边坡工程的稳定性问题是目前机场研究的热点和难点。由于山区机场高填方边坡稳定性问题涉及影响因素较多,为便于分析,从变形机理和控制技术两方面对机场高填方边坡工程问题进行了深入研究。(1)变形机理方面,结合工程实践及对现有资料进行分析归纳,从填筑体下覆坡体结构、降雨及地下水、地震、填料特性、施工工艺等方面研究其对填方边坡稳定性的影响,重点提出了4类填筑体下覆坡体结构类型,并深入分析各类型的变形破坏特征。(2)变形控制技术方面:以"三面一体"控制论为核心,结合实例分析了土方平衡、地基处理及交接面加固、排水、支挡结构四个方面,对高填方边坡变形的控制效果。该研究可为我国山区机场高填方边坡变形机理的深入研究和控制技术的提高和改进提供参考和借鉴。