循环热力作用下压气储能洞室钢衬的疲劳耐久性

以大同云冈矿拟建的压气储能电站为例,构建压气储能洞室热力耦合计算模型,通过应力疲劳、应变疲劳、裂纹扩展疲劳3种疲劳分析方法对长期运行条件下钢衬的耐久性进行研究。结果表明:钢衬疲劳寿命计算中必须考虑裂纹扩展的影响,应力疲劳法和应变疲劳法由于没有考虑裂纹扩展的影响,会使疲劳寿命计算结果偏大;钢衬疲劳寿命主要受围岩弹性模量、洞室运营压力和初始裂纹尺寸影响,围岩弹性模量越大、洞室运营压力及初始裂纹尺寸越小,相应的钢衬疲劳寿命就越大;此外,钢衬疲劳寿命随着钢衬厚度的增加而增加,但存在一个最佳厚度,当钢衬厚度大于该厚度时,钢衬的疲劳寿命将不会有明显变化。

岩石与岩体冻融损伤内涵区别及研究进展

岩石与岩体内部结构、空间尺度及裂隙分布形式不同,在冻融循环作用下其损伤劣化机制存在显著差异,损伤评判标准亦有所不同,因此厘清岩石与岩体冻融损伤内涵区别并总结相关研究进展具有重要意义。在内涵方面,岩石损伤主要是内部微小缺陷作用,属于微观层面问题(毫米量级及以下尺度);而岩体损伤则更加关注节理裂隙的影响,属于宏观层面问题(厘米量级及以上尺度)。目前冻融损伤相关研究主要集中在完整岩石块体,对于含有宏观裂隙的岩体研究较少;岩石冻胀是原位水冻胀与迁移水冻胀共同作用的结果,主要从冻胀力与疲劳损伤2个角度进行岩石冻融损伤本构模型的构建研究。未来岩体冻融损伤研究应重点关注裂隙所带来的影响,即从微观尺度入手,利用室内试验探究冻融循环过程孔隙和裂隙内部水分迁移冻胀机制与相互作用规律,结合现场试验与数值模拟研究构建大尺度下岩体冻融损伤本构模型,最终形成寒区岩石与岩体冻融损伤评价体系。

超声辅助微细磨料水射流冲蚀K9玻璃的实验研究

目的提高微细磨料水射流对硬脆材料的加工能力,改善加工表面的形貌和质量。方法引入超声振动作为辅助手段,使工件在垂直于加工表面方向作小振幅超声频振动。以K9玻璃为加工对象,利用自主设计搭建的超声辅助微细磨料水射流加工装置进行微孔冲蚀加工实验,并以无超声振动时的微孔加工实验作为对照。借助超景深三维显微镜对各实验条件下所加工的微孔进行观测,获取其尺寸和截面轮廓数据,研究超声振动对微孔尺寸、形貌的影响。结果微孔的深度和顶部直径与射流压力的大小和加工时间的长短呈正相关。超声振动的引入,显著增加了微孔的深度,实验中深度的最大增幅达54.6%,但微孔顶部直径略有减小,最大降幅为8.2%,总体的材料去除量有所提升。塑性冲蚀作用主导了材料的去除过程,微孔的截面呈典型的“W”形。在引入超声振动后,“W”形截面形貌得到了改善,微孔中心凸起部分的材料得到更多的去除,底面平坦程度得到提升。结论超声振动的引入增强了微细磨料水射流对K9玻璃的冲蚀性能,超声辅助微细磨料水射流加工技术可以实现对K9玻璃等硬脆材料的高质量、高效率加工。

柔性隔离层下多漏斗散体矿岩力链演化特征的离散元模拟

为进一步揭示柔性隔离层下散体介质流动过程的内部作用机理,基于离散元软件PFC开展了柔性隔离层下散体介质流力链演化特征的数值试验研究.结合接触力学及统计力学相关知识,对多漏斗放矿过程中散体介质体系内力链长度、数量、强度、方向和准直系数等的演化特征进行了量化研究.研究发现:多漏斗放矿过程中,强接触及力链接触占比均比较稳定,其中强接触占比稳定在33%左右,力链接触占比稳定在16%左右,上下波动幅度均不超过2%;力链总数随着放矿次数的增加不断波动减少,并在放矿后期稳定在790条左右;不同放矿次数下力链长度的概率分布几乎一致,均随着力链长度的增加呈指数形式递减;力链强度的概率分布随着放矿次数的增加先呈指数形式上升再呈指数形式下降,并在0.7■(■为平均接触力)处出现一峰值;放矿初始阶段,力链主要沿铅垂方向分布,力链方向分布形态近似花生状;此后随着矿石颗粒的持续放出,散体介质体系内部局部应力集中现象明显,力链分布主方向由1个演变为4个(铅垂方向、水平方向及与水平方向呈±60°夹角方向);力链准直系数随着放矿次数的增加呈指数形式增长并逐渐保持稳定.

柔性隔离层下单漏斗散体矿岩力链演化特征模拟

开展柔性隔离层下单漏斗散体矿岩力链演化特征模拟研究,对于进一步揭示柔性隔离层下散体介质流动规律的内部作用机理具有重要意义。基于大量放矿同步充填留矿法数值试验模型,利用PFC强大的数据处理及图片输出功能,结合接触力学及统计力学相关知识,对单漏斗放矿过程散体介质体系内力链长度、数量、强度、方向、准直系数等的演化特征进行量化研究。结果表明:在柔性隔离层下单漏斗放矿过程,随着放矿次数的增加强接触占比逐渐由37%减小到32%,并在放矿后期逐渐保持稳定,力链接触作为强接触自组织而成的结构,其接触占比在放矿过程稳定在17%左右。力链总数随着放矿次数的增加逐渐减少,并在放矿后期稳定在810条左右,且不同放矿次数下力链长度的概率分布几乎一致,均随着力链长度的增加呈指数式递减;随着放矿次数增大力链强度的概率分布先呈指数式上升,再呈指数式下降,在0.7 F(F为平均接触力)处出现一峰值。放矿初始阶段,力链主要沿垂直方向分布,力链方向分布形态近似花生状,此后随着矿石颗粒的持续放出,力链方向分布形态由花生状逐渐变为椭圆最终演变成花瓣状形态,力链分布主方向由一个演变为三个(垂直及与水平方向呈±30o夹角的方向)。力链准直系数在第9次放矿结束后达到顶峰,随后逐渐下降并保持稳定。

多漏斗放矿过程中散体介质力链演化特征量化研究

借助离散元软件,对多漏斗放矿过程中矿石散体介质体系内部力链数量、长度、强度、方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明:在多漏斗放矿过程中,力链数量总体上呈指数形式减少,且不同放矿节点条件下力链长度的概率分布也均呈指数形式减少;力链强度波动范围较大,总体上随放矿次数增加而呈指数形式减少。不同放矿节点条件下力链强度的概率分布规律具有一致性,即先呈指数形式上升,后呈指数形式下降。在放矿前中期,散体介质体系内部力链分布主方向角θ_(n)始终保持在90°左右,各向异性程度表征参数β_(n)逐渐增大,表现出明显的各向异性;在放矿后期,与水平方向呈45°的力链逐渐增多,体系内部力链分布主方向角θ_(n)由84.40°变化为30.16°,各向异性程度表征参数β_(n)逐渐减小。

备战铁矿高海拔高寒边坡的稳定性分析

为评价高海拔高寒地区矿山边坡在极端恶劣条件下的稳定状况,揭示矿山边坡的破坏机理,以新疆备战铁矿矿区边坡Ⅰ-Ⅰ剖面为研究对象,通过折减系数法确定岩体物理力学参数,采用3DMine-Surfer-Rhino-ANSYS多软件相耦合方式建立矿区边坡Ⅰ-Ⅰ剖面的计算模型;运用FLAC 3D软件模拟备战铁矿矿山边坡变形过程,对变形过程边坡塑性区、位移和应力大小进行分析。结果表明:边坡东帮顶部区域发生剪应力屈服并有塑性区产生,其他区域没有塑性区产生;边坡底部水平位移最大变化量为16 mm,竖直位移最大变化量为92 mm;开挖后边坡底部水平应力最大值为4.0×10^6 MPa,竖直应力最大值为4.0×10^6 MPa。因此,矿体开采期间,东帮边坡底部区域易发生应力集中,稳定性较差,为防止边坡失稳现象的发生,应重点在边坡底部采取加固措施。

裂隙岩体巷道围岩最大可动区域解算研究

开展裂隙岩体巷道围岩最大可动区域解算研究,对于巷道安全开挖及长期使用具有重要意义。基于关键块体理论矢量运算求解方法,结合一般块体理论可限定结构面半径的独特优势,解决代表性结构面组选择问题,简化块体可动区域求解过程,形成一种快速准确确定裂隙岩体巷道围岩最大可动区域的研究方法。以广西铜坑矿92号矿体405m水平2~#盘区3~#裂隙凿岩道结构面数据为基础,利用所研发技术,开展复杂裂隙环境下巷道围岩最大可动区域解算研究的实例验证,计算结果表明:3~#凿岩道关键块体主要集中于拱形巷道断面左侧,开挖过程需重点进行左侧部位的支护,以保持围岩稳定。研究成果对于地下矿山裂隙岩体巷道围岩危险区域确定工作具有重要指导作用。