孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究

为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。

长大煤矿斜井TBM刀具磨损影响因素与规律研究

TBM刀具的磨损是影响TBM施工效率的重要因素。以TBM掘进中的围岩磨蚀性、围岩强度、刀盘转矩和刀盘转速为研究对象,研究了长大煤矿斜井施工过程中TBM刀具磨损的影响因素和规律。依托国内首条TBM施工的神华神东补连塔煤矿斜井工程,通过对掘进过程中现场数据的实时监测,获取了刀具单周磨损量、围岩磨蚀性、围岩强度、刀盘转矩和刀盘转速等技术指标。研究结果表明,在其他因素参数一样的条件下,TBM刀具的单周磨损量与围岩的磨蚀性CAI值、强度基本呈线性关系。刀具的单周磨损量随围岩强度和磨蚀性的增大而增大。而当刀盘扭矩和刀盘转速增大时,刀具的单周磨损量先增大后减小。

盾构施工煤矿斜井超前地质预报技术分析及其工程应用

采用超前地质预报技术对煤矿斜井工作面前方不良地质进行预测是保障施工安全、优质和高效必不可少的工作。通过对比常见的4种超前地质预报的方法特点,结合采用盾构施工煤矿斜井过程中电磁环境复杂、工作面后方空间受限的施工条件,确定采用超前钻探作为斜井施工过程中的超前地质预报方法。同时,在国内首条采用盾构施工的煤矿斜井——神东补连塔煤矿斜井中进行了现场验证,并将预报结果与地勘资料、后期盾构出渣情况进行了对比。验证结果表明,超前钻探地质预报方法具有准确性和直观性,适合应用于采用盾构施工的煤矿斜井建设。

基坑地连墙后有限土受力特性试验研究

为了研究城市基坑施工地连墙后有限宽度无黏性土的破坏模式及其压力分布特征,依托可模拟不同复杂工况的试验模型箱,开展地连墙平动模式下的主动土压力模型试验。通过数码相机记录填土随地连墙平行移动过程中的破坏全过程,采用颗粒图像测速技术分析有限宽度无黏性填土的变形特性和有限填土的破坏形式,并将测得的主动土压力与理论解进行对比。试验结果表明:有限填土几何条件的变化将影响填土的破坏模式,两侧边界的限制是地连墙平动模式下有限填土内部产生多道滑动面的主要原因,滑动面以曲面形式呈现;主动土压力值随填土宽高比的增大而增大,半无限土体状态下,主动土压力值接近库伦土压力值;第一个“反射点”随自然坡面倾角的增大而上移;随着有限填土区域的增大,主动土压力值也逐渐增大。

基于多刚体动力学模型的漂浮式拦污排的平衡形状和张力

漂浮式拦污排为多个浮箱通过铰接组成的多体系统.将浮箱模型简化为刚性杆件,基于多体动力学理论,建立了漂浮式拦污排的运动控制方程,并给出了相应的数值求解方案.模型试验表明了数值模型及求解方案的有效性.数值算例结果表明,传统的悬链线假设得到的结果误差较大.此外还讨论了平衡状态下拦污排发生"自锁"状态的判断方法及水面下降时的张力演化过程.

煤矿斜井盾构深埋段极限位移及变形控制研究

以内蒙古鄂尔多斯补连塔矿斜井盾构工程为背景,通过理论计算、监测分析、设备配置等研究方法,对盾构施工煤矿斜井深埋段围岩极限位移和变形控制技术进行分析,分析结果表明:1得到不同围岩条件下斜井盾构掘进是否发生塑性流变临界深度,并预估深埋段变形值,为采取处置技术提供依据;2提出控制围岩变形技术。根据围岩变形情况在管片壁后采用柔性填充,适应围岩变形;采取加长锚索加管片的结构控制围岩变形。

长河坝进水口粘弹性人工边界有限元分析

由于天然地基是无限延伸的,地震能量将向无穷远处逸散。采用固定边界无法模拟能量向远处耗散的效应,导致模拟结果失真。而通过并联的弹簧-阻尼单元模拟的粘弹性人工边界,可以克服这一问题。文中以长河坝进水口工程为背景,采用三维有限元动力时程分析方法,将ABAQUS自带的JOINTC单元模拟并联的弹簧-阻尼单元来模拟粘弹性人工边界,对进水塔在不同边界条件地震状态下的应力和位移分布规律进行了研究,并与固定边界时程分析结果进行对比。结果表明了粘弹性人工边界在实际工程中的适用性及精确性,为以后大型工程的粘弹性人工边界分析提供借鉴。

支护与主体结构一体化地连墙施工技术研究

城市地下空间开发的需求日益增长,如何快速建造高品质的地下空间正在成为工程设计和施工人员的关注焦点。在基坑工程中采用超深超厚地连墙结构,施工期间作为基坑围护结构,运营期间作为主体结构的一部分,实现支护、主体结构一次建造成型,减少施工步骤、节省大量临时支撑施工和拆除、减少应力转换次数,确保施工和周边建筑物安全,从而提高了基坑工程施工效率和经济性。结合杭州机场轨道快线西湖文化广场站基坑工程对超深超厚地连墙的施工中成槽技术、泥浆施工、钢筋笼吊装、槽幅接头防水等关键技术进行分析,并对周边环境开展自动化监测分析地连墙施工对临近既有线的影响。研究结果表明,支护与主体结构一体化地连墙可有效控制土体变形,满足周边环境变形要求。

一种考虑尺寸效应的颗粒材料流变模型及其验证

经典连续介质理论的粘塑性本构关系缺乏材料尺度的相关性,难以表征颗粒材料流变的尺寸效应,而Cosserat连续体中的内禀特征长度为刻画材料的尺寸效应提供了一种可能途径。该文旨在Cosserat连续体的理论框架下发展Perzyna粘塑性模型,以探讨颗粒材料流变的尺寸效应与影响机制。首先基于Drucker-Prager屈服准则导出了Cosserat连续体粘塑性模型的一致性算法,获得了过应力本构方程积分算法与一致切向模量的封闭形式,并在ABAQUS二次平台上采用用户自定义单元(UEL)予以程序实现。有限元数值算例模拟了软岩试样的三轴压缩蠕变和两种堆石料试样在常规三轴条件下的蠕变和应力松弛,数值预测结果与相应试验结果具有较好的一致性,表明该流变模型的适应性。同时,将颗粒的球型指数、圆度和平均粒径作为表征颗粒材料内禀特征长度的一种度量,以反映颗粒材料的试样尺寸及其颗粒粒径与形状对流变过程中的轴向应变、偏应变和偏应力的影响关系,表明所发展的流变模型可以捕捉颗粒材料流变行为的压力相关性和尺寸效应。