降雨诱发滑坡的NPR锚索控制机理及临滑预警

为研究降雨滑坡的控制及临滑预警技术,以熊家山滑坡为原型,通过分析边坡变形的时空特征,设计了相似模型试验.以普通预应力锚索(简称PR锚索)和NPR锚索为加固材料,运用高速摄像机、孔压、土压和锚索力传感器,分析了降雨诱发的滑坡规律和锚索控制机理,并结合现场试验探究了滑坡牛顿力变化规律.结果表明:孔隙水压力突降与边坡局部滑塌近似同步;NPR锚索力突降,边坡内部产生局部变形;PR锚索因无法承受大变形被拉断失效,而NPR锚索凭借恒阻大变形特性产生高应力吸能控制功能,促使边坡达到二次平衡状态;NPR锚索在滑坡前表现出明显的“先突增,后突降”的变形-临滑动力学规律;现场试验揭示了滑坡全过程牛顿力演变规律,提前7.5 h发出临滑预警.

高位巨厚砾岩对工作面开采地表沉降控制机理

为研究工作面开采后高位巨厚砾岩层对地表沉降的控制机理,以高庄煤矿西十一采区典型工作面为背景,采用理论分析、数值模拟、地表沉降实测等方法开展研究;基于微震事件分布分析了高位巨厚砾岩层工作面覆岩结构特征,高位巨厚砾岩层受采动影响较小,破坏程度较低;通过建立巨厚砾岩层Euler-Bernoulli固支裂缝梁力学模型,推导了裂缝影响下挠曲变形方程,阐明了巨厚砾岩层对地表沉降控制机理。数值模拟结果显示:覆岩垂直位移在巨厚砾岩层底部发生突变,巨厚砾岩层底部易产生离层空间,离层空间经历了“月牙”形、“盘”形形态演化,巨厚砾岩层影响下的模型地表沉降量明显较小。地表沉降实测结果显示:高位巨厚砾岩区工作面开采地表沉降量明显更小,高位巨厚砾岩对地表沉降具有明显的控制作用。

植物篱对土壤养分流失的控制机理研究

植物篱是一种能有效减少地表径流、保土蓄水的水土保持措施,但其控制土壤养分流失相关机理的研究甚少。2001年在长江上游支流吒溪河的二级支流王家桥小流域设立的6个香根草(Vetiveriazizanioides)植物篱试验小区中进行地形测量及采样分析,拟通过局部地形变化、土壤颗粒和养分在小区内的空间分布变化来分析植物篱对紫色土区土壤养分流失的控制机理。坡型测量结果表明,植物篱带前出现泥沙堆积,说明植物篱能有效阻止侵蚀泥沙的向下搬运;机械组成分析结果表明,侵蚀影响下的土壤颗粒粒径在空间上出现分布差异,侵蚀剧烈的局部>0.2mm土壤颗粒明显富集,而植物篱对不同粒径的土壤颗粒的流失均有控制效果,但对粒径较大的颗粒的流失控制效果更明显;全量养分和速效养分含量空间分布的分析结果则表明,植物篱对土壤养分流失具有明显的控制作用。

高煤阶煤层气井不同排采阶段渗透率动态变化特征与控制机理

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发地质领域的研究热点之一。根据无因次产量分析方法,基于沁南地区15口高煤阶煤层气井排采数据,采用无因次产气率指标,将排采阶段定量划分为排水阶段、不稳定产气阶段、稳定产气阶段和衰减阶段;引用物质平衡方法,利用生产数据,计算并分析了各井不同排采阶段渗透率变化值。从渗透率变化趋势、主导机制、体系能量、相态构成和产能动态5个方面,阐释了高煤阶煤层气井不同排采阶段煤层渗透率动态变化特征与控制机理。研究结果表明,在高煤阶煤层气井排采过程中,煤层渗透率呈现降低—恢复—升高的特征;有效应力效应和基质收缩效应直接控制了煤层渗透率的变化特征;吸附与解吸特征从根本上控制了基质收缩效应的作用时间与强度。

过饱和状态交叉口群信号控制机理及实施框架

为改善过饱和状态交叉口群的交通控制效果,优化了交通控制目标和结构,制定了信号配时方案优化的实施框架.在分析溢流、滞留排队和阻挡等拥堵诱因的基础上,根据优化过饱和状态交通控制的需求,选取关键路径上通过车辆数最大和平均排队最小作为优化目标.在单点交叉口层和交叉口群层间增加关键路径层,优化交通控制结构.结合过饱和状态交叉口群交通控制特性,提出信号配时方案优化的实施框架及分层优化措施.南京市广州路交叉口群仿真验证结果表明,按信号配时优化框架建立的配时算法,可显著增大交叉口群内关键路径的通过车辆数,降低平均排队长度,改善过饱和状态交叉口群交通运行状况.

辽河盆地沙河街组砂岩中碳酸盐胶结作用对孔隙演化控制机理研究

碳酸盐胶结作用是辽河盆地下第三系沙河街组砂岩中最常见的胶结作用之一，碳酸盐胶结物含量变化大、分布范围广。本文运用扫描电镜、阴极发光、氧碳同位素等方法，对研究区砂岩储层中碳酸盐胶结物的发育状况、形成机制进行了分析，认为有机质演化过程中产生的有机酸、ＣＯ２改变了砂岩的成岩地球化学环境，既为碳酸盐胶结物的溶解创造了条件，又为其沉淀提供了物质来源，从而对砂岩储层孔隙的发育、演化产生重要影响。

锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿空留巷围岩控制机理研究及应用

沿空留巷技术在薄、中厚煤层中应用较多,但在3m以上较大采高工作面中应用极少,究其主要原因是已往建立的沿空留巷力学模型欠妥、巷内与巷旁支护方式不合理。从如何提高岩层的自我承载能力入手,提出了一种主动的巷旁加强支护方式——巷旁采用锚索加强支护,巷内采用锚杆支护。建立了考虑巷帮煤体承载作用和巷旁锚索加强作用的沿空留巷力学模型,并分析了巷内锚杆支护和巷旁锚索加强支护的作用机理。利用理论分析所得结论,对淮北朱庄矿3625较大采高工作面风巷进行巷旁支护设计及工程实践。研究成果为较大采高工作面沿空留巷技术提供了理论依据和借鉴经验。

大刚度高强度二次支护巷道控制机理与应用

通过理论研究和现场多种支护方式的对比试验,建立了大刚度高强度二次支护巷道黏弹、黏塑性力学模型;进行了软岩巷道一次锚网喷支护、二次大刚度高强度支护围岩稳定控制的理论计算、分析与应用。根据理论计算结果,分析了二次支护前后围岩体应力状态的转化结果,得出了二次支护最大工作阻力值的黏弹、黏塑性理论解析解;并确定了第二次大刚度高强度支护的合理参数,选择了安全可靠的支护方法,实现了巷道的长期稳定。二次支护巷道围岩稳定控制的机理为:一次支护让压围岩体受力达到较低变形速率下的力学平衡,充分发挥围岩的承载作用;二次大刚度高强度支护避免围岩体处于高应力状态下及再次应变软化与蠕变劣化导致的承载力降低、状态恶化,减少巷道岩体偏应力,促进围岩应力向长期强度和巷道稳定的流变停止状态转化。

悬臂式掘进机仿形截割控制机理

为了解决悬臂式掘进机截割中超挖和欠挖问题,采用空间机构运动学和系统仿真的方法,建立了仿形截割的数学模型,确立了悬臂偏移最大角度和油缸伸长量的关系,提出了使用数字液压缸来实现按照所给巷道运动时各个油缸伸长量的自动掘进控制机理,采用MATLAB仿真验证了截割头运动。研究表明,仿真结果曲线符合实际工况。研究结论科学地分析了掘进机仿形截割过程,为复杂环境下掘进机器人自动控制研究提供了理论依据。

基于多FACTS的网侧协调阻尼控制机理研究

柔性交流输电装置(flexible AC transmission system,FACTS)在提升电网安全稳定和运行效率方面发挥着重要的作用。随着柔性交流输电装置在电力系统中的广泛应用,研究系统中多FACTS的协调控制机理对于实现系统的协调阻尼控制具有重要的理论价值和现实意义。针对实现多FACTS协调控制过程中遇到的交互影响问题,提出基于选择模式分析(selective modal analysis,SMA)和多变量频域控制理论的多FACTS交互作用机理分析方法,通过SMA实现多FACTS交互作用的有效特征量提取,进而通过多变量频域控制理论推导出多FACTS间的交互作用关系和发生条件,并在此基础上揭示多FACTS间交互作用机理。研究结果表明:处于多机系统同一电力区域中的多台FACTS阻尼控制器间存在相互制约的关系,当控制器参数满足负交互条件时会发生比较明显的负交互作用,严重时甚至威胁系统的安全运行,当控制器参数满足协调运行条件时才能保证多FACTS间的协调运行与控制。通过仿真验证了文中机理研究的正确性以及在实际电网中应用的可行性。

人体上肢协调控制机理的研究进展及其面临的若干问题

上肢是人体最灵活、最为复杂的运动执行元件 ,研究上肢的协调控制机理对仿人机器人和智能假肢的运动规划、实时控制具有重要的意义。最近 10多年引起了研究者的广泛兴趣。本文重点论述人体上肢的结构特征、冗余协调理论、运动协调控制机理等方面的最新研究进展 ,并对其在仿人机器人、智能假肢、运动生理。

沁水盆地典型煤矿区煤的流速敏感性实验及控制机理

采用沁水盆地3个典型煤矿中、高煤阶煤样,开展了实验室煤样流速敏感性实验,分析了不同流速条件下煤样渗透率的变化规律,建立了煤储层渗透性与流速之间的关系和模型,揭示了中、高煤阶煤储层流速敏感性的控制机理。研究结果表明,煤样渗透率随流速发生变化,且存在一个临界流速。在临界流速之前随着注入流量(或流速)的增加煤样渗透率增加,当流速超过临界流速后,煤样的渗透率随着流体流速的增加反而减少。煤储层流速敏感性主要受控于煤储层物性和煤中速敏矿物。随着煤储层孔隙度、渗透率和流体流量的增高,煤储层速敏损害率按对数函数关系增高。实验煤样黏土矿物占矿物质含量为66.63%~99.89%,主要以高岭石、伊利石为主,存在潜在的速敏伤害,速敏实验结果表明,本区实验煤样存在不同程度的速敏损害,煤样速敏损害程度由弱至中等偏强,临界流速低。随着煤中黏土矿物含量的增加,煤储层速敏损害率也增高。在煤层气井排采过程中,寺河煤矿和西山煤矿煤层气井排采降速应为赵庄煤矿的6倍左右。

广安气田气水分布控制机理

广安气田上三叠统须家河组须六段和须四段为低孔低渗储层,发育构造气藏、构造-岩性气藏和岩性气藏.气井产水普遍,气水分布复杂.根据地质、测井、测试和生产资料,研究了广安气田须六、须四段气水分布,探讨了控制气水分布的成因机理.垂向上,广安气田气水分异服从重力分异规律,纯气区多发育在构造顶部或相对的构造高部位,而富水区多发育在相对的构造低部位.空间上,气水分布受断层、储层物性、构造隆起幅度和地层倾角控制.储层物性越好,构造隆起幅度越高,地层倾角越大,则气水分异越彻底,而逆断层封堵气水运移,导致气水分布复杂化.不同的气水分异控制因素形成了不同类型的富水区,包括背斜翼部低部位型、鼻沟型、断层封闭型和成岩封闭型.

碳基材料氧化烧蚀的双平台理论和反应控制机理

针对高超声速飞行器所到达的表面温度和压力范围,就碳基材料在氧化速率控制区、过渡区、扩散控制区的烧蚀特性开展了深入研究。发现CO2在烧蚀过程中扮演重要角色,是不能忽略的。无因次质量烧蚀率随温度变化的曲线应该存在两个平台,且都属于扩散控制区,而不是此前普遍认为的只有一个平台。从理论上阐明了双平台产生的机理,发现第一平台是由于生成CO2将氧消耗完产生的,另一个平台是生成CO引起的。文献中所谓的"快反应"和"慢反应"之说反映问题是不全面的,它们只是我们给出的新模型的两种极端情况,用一个统一的模型就可以将它们连接起来,而且随着温度的升高,会从所谓的"快反应"经过第一平台自动过渡到"慢反应"。双平台理论澄清了此前的一些争议,并且得到了试验证实,为准确预估烧蚀量奠定了基础。

灰岩和白云岩溶解速率控制机理的比较

碳酸盐岩溶解的速率控制过程包括:(1)岩石表面上的非均相化学反应;(2)离子从岩石表面通过扩散向溶液中的传输;(3)CO2向H+和HCO-3的转换.通常是这3个过程中的最慢过程决定着碳酸盐岩的溶解速率.然而,实验和理论分析发现,在条件相似的情况下,白云岩的初始溶解速率不仅只有灰岩的1/3～1/60,而且灰岩和白云岩的溶解呈现出不同的速率控制机理.如对灰岩而言,在实验中加入能催化CO2转换反应的生物碳酸酐酶(CA)后,其溶解速率增加出现在CO2分压>100Pa的区域,最高可达10倍;而对白云岩,其溶解速率增加出现在CO2分压<10000Pa的区域,且增加仅3倍左右.此外,虽然2类岩石的溶解也均受水动力条件(旋速或流速)的控制,且主要出现在CO2分压<1000Pa的区域,但灰岩的溶解对水动力条件的变化比白云岩溶解更敏感.这些发现在解释和揭示自然界白云岩和灰岩岩溶发育及其相关资源环境问题的差异方面具有重要意义.

沁水盆地南部煤储层渗透性与地应力之间关系和控制机理

通过对沁水盆地南部43口煤层气井渗透率和地应力统计分析,建立了煤储层渗透性与现今地应力之间的相关关系和模型.从煤储层的孔隙结构分析入手,建立了煤储层割理面压缩变形与裂隙渗流模型,分析地应力对煤储层渗透性影响的机理.研究结果表明,煤储层试井渗透率随着地应力的增加呈指数函数关系降低;随着煤层埋藏深度增大,其渗透率降低,煤储层渗透率随深度变化趋势的实质是应力的函数.在650m以浅煤储层地应力处于伸张带,最小水平主应力小于12MPa,煤储层渗透率平均大于1.0×10-3μm2;在650—1000m煤储层地应力由伸张带转化为压缩带的过渡带,最小水平主应力为12—20MPa,煤储层渗透率平均大于0.1×10-3μm2;在1000—1500m煤储层地应力转化为压缩带,最小水平主应力大于20MPa,煤储层渗透率平均大于0.01×10-3μm2.当割理面法向力σn为压应力时,割理产生法向压缩(压密)变形,开始先为点或线接触,经过挤压,局部破碎或劈裂,接触面增加,割理面压缩量呈指数曲线特征.煤储层渗透率随着割理面正应力的增加呈指数函数关系降低,其理论模型与试井渗透率统计模型完全一致.

差动式磁悬浮主动隔振系统的控制机理研究

在对磁悬浮主动隔振系统的核心部件——差动磁悬浮主动隔振器的电磁力进行实验测量的基础上,利用最小二乘法对实验数据进行拟合,得到主动隔振器的电磁力-电流-气隙之间关系的实际表达式。提出了一种基于力传递率的主动隔振控制机理,给出了价值函数的表达式。考虑主动隔振器的实际能力,对此价值函数进行修正,得到修正的价值函数,推导出最优反馈矩阵。基于此主动控制机理,建立控制模型,在扫频信号激励下,进行仿真分析。仿真结果表明:差动式磁悬浮主动隔振系统具有良好的隔振特性,与传统的被动系统相比,对低频干扰的隔振效果提高(即:力传递率降低)了2dB-3dB,尤其对谐振频率下的干扰,隔振效果提高了8dB-10dB。为了进一步验证方法的可靠性,搭建实验平台,通过实验方法进行验证。实验结果表明:在低频段有较好的隔振效果,尤其在谐振区附近隔振效果更为明显,提高了6dB-8dB,与仿真结果基本吻合。

柳林地区煤储层埋深和地应力对其渗透率的控制机理

基于柳林地区煤储层试井资料,采用地质统计分析等方法,探讨了柳林地区煤储层试井渗透性展布规律,阐明了煤储层埋深和地应力对其渗透率的控制机制。研究表明:柳林地区煤层渗透率介于(0.03~1.43)×10^(-3)μm^2,平均值为:0.2821×10^(-3)μm^2;主要以中渗透率煤层(0.1×10^(-3)μm^2~1×10^(-3)μm^2)和低渗透率煤层(<0.1×10^(-3)μm^2)为主。煤储层试井渗透率随着埋藏深度的增大而呈负幂指数规律减小,浅部的煤储层渗透率相对较高,且变化范围较大,埋藏深度的增加,煤储层渗透率降低,且变化范围较小。现今地应力与煤储层渗透率的相关性较高,当最小水平主应力大于10 MPa时,试井煤层的渗透率普遍小于0.5×10^(-3)μm^2,当最大水平主应力大于15 MPa时,试井煤层的渗透率普遍小于0.5×10^(-3)μm^2,煤储层渗透性表现为沿最大水平主应力方向。

隧道进口段坡体裂缝发生与控制机理

隧道进口施工一直是困扰大型隧道施工的技术难题,在偏压地段更是如此,结合张家口至石家庄高速公路北口隧道进口段工程,针对工程开挖后初期支护和坡体产生裂缝这一隧道进口段代表性工程问题展开了专项研究。采用理论分析与监测试验相结合的研究方法,在全面研究偏压隧道进口段工程裂缝发生机理的基础上,提出了非均匀支护控制措施,并通过控制效果监测数据的稳定性评价验证了机理和措施的合理性。研究结果表明:基于围岩压力和隧道开挖后松动圈、塑性区及变形计算理论,通过支护结构特征曲线与围岩支护需求曲线相结合,分析了北口隧道进口段初期支护和坡体裂缝发生机理;在裂缝发生机理研究的基础上,基于支护结构刚度思想确定了非均匀支护参数。

基于系统动力学模型的库存控制机理研究

应用系统动力学的原理和方法分析了库存控制系统,建立了库存控制系统动力学模型,利用软件提供的模拟环境,对模型进行了运行和结果分析。