基于分数阶黏壶元件的岩石损伤蠕变模型

目的为了建立一个能描述岩石蠕变全过程的蠕变模型。方法首先以分数阶黏壶元件描述岩石的黏弹性,采用基于Kachanov损伤率公式的损伤体描述岩石的粘塑性并串联一个胡克体建立成只有四个元件的蠕变模型。然后,将其本构方程推广到三维应力状态,考虑球应力,并引入一个屈服函数来准确判断岩石是否发生非稳定蠕变。最后,采用最小二乘法分析得到模型参数,用红砂岩和砂质泥岩的蠕变实验数据验证模型的有效性。结果新的蠕变模型理论曲线与实验数据曲线吻合较好,可以描述岩石蠕变的全过程。结论新的蠕变模型解决了经典模型在描述岩石蠕变时的模型复杂和参数较多的问题,对研究岩石蠕变特性具有一定的参考价值。

钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。

多冷媒非均质人工冻结壁弹塑性应力分析

【目的】受制冷媒介温度差异以及被冻地层与冻结管距离差异的影响,多冷媒联合双排管冻结壁的非均匀性较为显著,为了合理评价该类冻结壁的安全性,需开展考虑非均质性的多冷媒人工冻结壁弹塑性应力分析。【方法】选取距离1/4管距处的冻结壁作为特征截面,将该截面上的温度分布曲线等效成三段一次函数形式,并将冻结壁视为随温度成线性变化的非均质材料,分别基于4种冻土屈服准则,推导得出多冷媒联合双排管非均质冻结壁弹塑性应力解析表达式。基于该解析表达式,对多冷媒冻结壁的受力特性进行计算,并将该计算结果与均质冻结壁计算得出的结果进行对比。【结果和结论】研究发现:(1)在盐水-二氧化碳联合双排管冻结壁中,径向应力随着相对半径r的增加而上升,环向应力在不同冻结区间(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)表现出不同的变化趋势。(2)基于均质冻结壁计算理论,弹性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁内侧,弹塑性状态的冻结壁的环向应力最大值出现在弹塑性分界面处,塑性极限状态的冻结壁的环向应力最大值出现在冻结壁最外侧;而基于非均质冻结壁计算理论,冻结壁环向应力最大值始终出现在冻结壁分区界线(r=2)处。(3)在考虑非均质特性后,冻结壁的弹性极限承载力降低1.8%,而塑性极限承载力提高8.1%。在弹塑性状态下,对应相同塑性区相对半径,非均质冻结壁具有更高的承载力,且这种现象随着塑性区相对半径的增大而愈发明显。研究成果对富水地层多冷媒联合冻结帷幕的设计具有重要的参考价值。

工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术

针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。

“互联网+教育”背景下大学生创新创业教育认知的调查研究

为适应“互联网+教育”形势,推动大学生创新创业教育服务转型,随机抽取来自五个热门专业、不同年级学生,开展大学生创新创业教育认知调查。结果显示:“互联网+教育”为大学生创新创业教育服务转型提供了新机遇、新载体,但也面临新的影响教育质量的因素。因此,应加强网络课程体系建设与资源开发,改变教学方式和手段,构建政校企合作育人新机制,加大创新创业教育外部支持,以高质量“双师型”导师队伍保障教育有序实施。力求以“互联网+教育”赋能大学生创新创业教育改革发展,多措并举培育学生“双创”意识和能力,促进大学生全面发展。

新工科背景下土木工程施工组织课程教学设计创新与实践

针对“土木工程施工组织”课程学生动手能力弱、参与度低等教学痛点问题,以成果导向原则为指引,在教学内容、教学方法、教学环境、教学评价、课程育人方法等方面开展了教学设计创新与实践,提出了重构教学内容、重立教学方法、重创教学环境、重建教学评价的“四重”反向设计教学法,以及工程背景-案例复盘-学思悟道“三段联动式”课程育人方法,解决课程教学痛点问题,促进课程的提质创新,帮助学生树立“我是未来土木工程师”的价值目标。

基于学科交叉的岩体损伤监测实验教学

为解决传统岩体损伤监测中岩体内部损伤可视化的难题,基于学科交叉理念引入了地震学中的地震成像技术。分析了地震成像的原理、理论算法、实验过程和数据处理方法,详细阐述了地震成像技术在岩体损伤监测实验中有别于地震监测的细节问题。通过以室内受载岩石的损伤监测为实验教学案例,并将受载岩石内部的损伤进行可视化,揭示了荷载作用下岩石内部损伤的演化规律,弥补了传统岩体损伤监测的缺陷,启发了学生的学科交叉思维,引导他们关注并解决学科交叉过程中的部分“不兼容”问题。

基于地面定向钻孔注浆的煤矿立井钻井法井壁渗漏水治理技术

煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之有效的治理技术,以许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理为工程背景,开展了煤矿钻井井壁渗漏水治理技术研究。首先,结合矿井水文地质特征等信息分析了钻井法单层井壁渗漏水致因,发现许疃煤矿副井井壁接茬处发生渗漏水的主要原因是地下水中的HCO_(3)^(-)、Cl^(-)共同作用腐蚀锈穿井壁接茬部位后,含水层之间越流补给的高压地下水通过孔隙连通性良好的壁后碎石充填层流入井筒内;然后,对比分析了许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理采用壁后注浆和地面钻孔注浆的可行性与安全性,发现在流砂层中对采用钻井法施工的钢筋混凝土单层井壁进行壁后注浆,安全风险较大,影响井筒正常提升,且存在再次发生渗漏水的风险,而采用地面定向钻孔注浆技术的注浆量大,壁后充填层碎石间孔隙可被水泥浆充分填充,改善井筒防渗和承载能力,且施工人员全程在地面操作,安全性好,不影响井筒正常提升;最后,提出了针对深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理的地面定向钻孔注浆技术并进行工程示范,2个钻孔共注入130.9 m^(3)水泥浆,完全充填了94.00~131.40 m层段壁后充填层碎石间孔隙,顺利封堵了井下94 m处出水点,经现场长期观测,该段井壁未再渗漏水。研究结果表明,针对深厚表土层段煤矿钻井井壁渗漏水治理,采用地面定向钻孔注浆技术的治理效果良好,安全性高。研究成果可为深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理提供一定的参考。

卸载状态下非均质圆形寒区隧道围岩弹塑性统一解

以统一强度理论作为卸载状态下寒区隧道冻结围岩屈服准则,综合考虑围岩非均质特性和中间主应力效应对冻结围岩强度影响,建立寒区隧道应力位移弹塑性力学模型,联合各区域边界条件,计算获得冻结围岩均质与非均质状态下,弹性解、塑性统一解以及塑性区半径的隐式方程,分别对其应力位移场讨论分析。研究表明:考虑冻结围岩的非均质特性,塑性区环向应力峰值增大40%,塑性区范围相对减少40.4%,内壁位移减少9.3%,弹性极限承载力提高41%,塑性极限承载力提高14%,影响显著。中间主应力效应能充分发挥非均质冻结围岩承载潜能,计算得到的承载力明显增大,塑性半径明显减小。所得结果可为寒区隧道开挖支护设计以及数值模拟,提供理论指导。

“双一流”背景下智能建造专业实践创新型人才培养模式研究

文章针对智能建造专业人才培养模式开展研究,提出相关措施用于提高该新办专业教学效果,致力于培养出实践创新能力强的学生,具体包括加强师资力量建设,打造一支以土木为主,以机械、电气、计算机为辅且实践经验丰富的教学团队。在入学阶段、在校期间以及假期中,以引导式、启发式培养与拓展学生专业兴趣、激发实践创新意识。重构课程体系,明确培养目标,提高实践创新能力锻炼,确保学生胜任工作岗位要求,为满足用人单位对智能建造专业人才的需求提供了保障。

白垩侏罗系地层钻井法凿井钻井液黏度突变致因分析

在西部地区可可盖煤矿钻井法凿井过程中,穿越白垩侏罗系地层时遇到钻井液黏度突然增大的问题,严重影响了钻进速度。为此,通过实验方法探究了钻井液黏度突变的原因。实验中添加了三聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠等外加剂以及不同层位的岩粉,并观察了钻井液黏度的变化。对比实验分析发现,三聚磷酸钠降低了钻井液黏度,而羧甲基纤维素钠增加了其黏度。添加293、391m层位的砂岩岩粉对于钻井液黏度几乎没有影响,漏斗黏度始终保持在27s左右;然而,在添加276、402m层位泥岩岩粉后,可以使钻井液黏度增大。通过XPS半定量分析相应样品以及采用XRF半定量分析和SEM电镜分析相应的钻井液发现:白垩侏罗系泥岩含有较高浓度镁元素,在该地层进行钻井法凿井时会导致Mg^(2+)浓度上升;随着Mg^(2+)浓度增加,高浓度Mg^(2+)促使蒙脱石层间阳离子与之交换并进入其空间结构中,从而引起蒙脱石絮凝程度提高并导致整体钻井液黏性增大。

真三轴应力条件下冻结钙质黏土能量特征及影响因素分析

为深入探讨在真三轴应力路径及多因素交互作用条件下冻结钙质黏土的能量特征及其影响程度,本研究借助ZSZ-2000型真三轴冻土试验平台,采用正交试验的设计方法,开展冻结钙质黏土真三轴压缩试验研究。研究结果揭示:在初始压密阶段及线弹性阶段,冻结钙质黏土的输入能相对较低,增长速率缓慢;随着加载过程的深入,输入能逐步增加,其增长速率亦随之提高;至破坏阶段,输入能-等效应力曲线呈现出明显的跃升特征,此时输入能的急剧上升,说明输入能曲线斜率的变化是冻结钙质黏土内部裂纹非稳定发展的微观表现。同时,输入能曲线的突然急升亦指示了失稳破坏的发生。进一步通过极差分析及AHP层次分析可得一致的输入能影响因素优劣次序:含水率w、中主应力系数b、温度T、含盐量φ、围压σ3。含水率对输入能的负向影响显著,温度和中主应力系数b对输入能有着显著的正向影响关系,随着中主应力系数b值的增加,其对冻结试样输入能的影响程度呈减弱的趋势且存在一个最优中主应力系数b=0.33使试样输入能增幅达到最大。

富水砂层宾汉浆液柱形渗透扩散模型及其试验研究

【目的】富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题,常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力,其注浆结石体近似为圆柱形。【方法】为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理,首先构建考虑迂曲效应的宾汉浆液在砂层内渗透注浆的辐射管道流柱形扩散模型,然后研制一套砂层渗透注浆柱形扩散模型试验装置,开展不同颗粒级配被注砂土、不同注浆压力和不同水灰比水泥基浆液条件下的砂层渗透注浆试验,探究浆液扩散规律,最后结合试验结果验证理论合理性。【结果和结论】结果表明:当被注砂土粒径较小且黏性土含量较高时,注浆压力对扩散半径影响较小,浆液水灰比是影响注浆扩散形态的主控因素:此时若浆液水灰比较大,则渗滤效应不显著,注浆扩散半径较大且不容易发生串浆,但砂土颗粒之间的黏结强度沿径向逐渐降低;此时若浆液水灰比较小,则渗滤效应显著,浆液扩散较短距离后孔隙空间即被完全淤堵,土层交界面会成为浆液优势扩散面,出现串浆现象。当被注砂土粒径较大且黏性土含量较低时,低压稀浆与高压浓浆条件均可使浆液在砂土内充分扩散,但砂土孔隙分布的随机性、空间差异性和颗粒型浆液扩散的迂曲效应、渗滤效应会导致注浆结石体形状不是规则的圆柱体。浆液压力在扩散方向上衰减速度先快后慢,注浆扩散半径理论计算值比试验值大6.10%~10.97%,起始注浆压力理论计算值与试验值的相对误差为–0.48%~18.62%。研究成果可为砂层渗透注浆参数设计提供理论支撑与指导。

井壁混凝土三轴渗透试验及细观数值分析

目的为研究井壁混凝土在多轴应力下渗透率演化规律。方法以50mm×100mm的圆柱体混凝土试件为研究对象,采用试验与数值模拟相结合的方法,分析流-固耦合状态下渗透性能变化。结果围压能密实孔隙,使渗透率下降,但下降趋势逐渐变缓。孔隙水压易使裂纹扩展,加剧水渗透,同时上升趋势逐级递增;轴压对渗透率的影响与内部孔隙及微裂纹状态相关,根据渗透率不同变化趋势,可将其分为4个阶段;由数值模拟发现,随着应变增加,混凝土内部拉应力分布变广,裂缝多出现在拉、压应力集中区;轴压增加虽使整体孔隙密实,但颗粒挤压易使微裂隙萌生,加载后期成为主要渗流通道。结论研究结果为实际工程中解决复杂应力状态下混凝土渗透率变化等问题提供了参考。

基于差异冻结技术的深厚冲积层三维冻结温度场数值计算分析

为了探究人工地层冻结(artificial ground freezing, AGF)多圈管冻结壁温度场分布与发展规律,以淮北青东煤矿东风井为工程背景,利用现场实测数据和COMSOL Multiphysics软件建立三维冻结温度场数值计算模型,分析了立井井筒所在土层在差异冻结技术下的冻结温度场时空演化规律。研究结果表明:在对比分析中三圈管相较两圈管冻结扩展速度较快,相同的冻结时间下,冻结壁平均温度要低0.73~3.32℃·d^(-1),有效厚度增加0.38 m;砂土层相同冻结时间的条件下冻结壁平均温度要比黏土层低0.94~1.50℃,有效厚度增加0.21 m。冻结井筒计算范围内,径向温度场呈现出圈管之间温度低,圈管两侧温度较高的“马鞍型”分布;在土体深度方向,不同土性的土层温度梯度较为明显,具体表现为三圈管以及细砂层位温度更低,30 d左右Ⅱ层土体(三圈管砂土层)降温速率达到最大,约为1.12℃·d^(-1),首先完成土体降温阶段进入冻结壁交圈和拓展阶段,此时其他土层仍处于土体降温阶段。“长短腿”冻结管布置形式既可以提高井筒开挖的时间,缩短工期;又可以防止深部冻土入荒径过多,降低开挖难度,节约工程成本。采用差异冻结的方式,开机冻结30 d,去路盐水温度降至-30℃后维持该温度循环制冷盐水,使得该冻结工程取得了圆满成功。此研究可以为类似矿井冻结施工提供一定的参考。

大直径竖井钻机压气反循环洗井效率模型试验研究

针对我国西部侏罗系地层钻井法凿井钻进与洗井效率低下问题,以西部可可盖煤矿中央回风立井钻井法凿井为研究背景,基于自主研发的压气反循环洗井试验装置,开展压气反循环洗井的相似模型试验研究,并采用正交试验和极差分析相结合的方法,探究钻头转速、风压和风管埋入系数等因素对压气反循环洗井效率的影响规律,最后提出了高效洗井的参数组合。研究结果表明:①通过正交试验和极差分析结果,得出洗井效率主要影响因素的敏感性排序为:钻头转速>风压>风管埋入系数;②基于模型试验结果,提出了洗井效率的评判指标清屑率和携岩率,二者均随钻头转速、风压的增大呈先大幅增长后小幅降低的趋势,且与风管埋入系数呈正相关关系;③洗井液排量与钻头转速呈负相关关系,钻屑排量随着钻头转速、风压的增大均呈现先增长后降低的趋势;④基于模型试验结果,提出了高效洗井参数:钻头转速为8.6 r/min;风压为1.44 MPa;风管埋入系数为0.837。研究结果可为提高西部侏罗系地层钻进与洗井效率低下问题提供有益参考。

大学毕业生就业满意度调查与提升研究

随着应届毕业生规模的不断增加与劳动力市场的结构性失衡,大学生就业难的现象日益凸显。大学毕业生就业满意度的高低,是对高校人才培养水平的检验,也是对地方政府就业政策和当前社会就业环境的反馈。面对严峻的就业难题,提高毕业生就业能力与综合素质至关重要。而深入分析并调查大学生就业满意度,明确大学生就业现状,探究切实提升毕业生就业满意度的策略,可以在某种层面上缓解我国大学毕业生就业难题,提升学校人才培养与社会服务的总体质量。

地下水渗流对联络通道冻结帷幕影响研究

为探究流速对联络通道冻结温度场的影响,基于水热耦合理论构建地下水渗流条件下地铁联络通道冻结法施工数值计算模型,并采用现场实测数据对模型的合理性进行验证。运用该模型对南通市地铁2号线联络通道冻结帷幕的发展规律进行计算分析。结果表明,当地下水流速为3、6、9m/d时,冻结帷幕的交圈时间分别为20、28、34d。冻结帷幕交圈后,联络通道左墙(位于地下水上游)外侧与上、下墙外侧冻结帷幕厚度的增加速率均减小。在同一冻结时间下,随着流速增大,左墙内侧厚度增大,外侧厚度减小,右墙内侧厚度减小,外侧厚度增大,其中左墙内侧与右墙外侧增加的最为突出。在冻结稳定时期,冻结帷幕厚度的增加主要体现在内侧,外侧由于受地下水流速的影响,厚度增长率较低。由此可知,地下水流速是影响冻结帷幕发展情况的原因之一,流速越大冻结帷幕发展不均匀性越大,位于上游冻结壁发展速度越慢,下游冻结壁发展速度越快。该研究对探究不同流速下粉质粘土层联络通道冻结壁的发展状况具有参考价值。

厚松散层薄基岩地层井筒偏斜综合治理技术

针对厚松散层薄基岩地层井筒偏斜综合治理技术难题,以山东巨野矿区郭屯煤矿偏斜井筒地面注浆治理工程为背景,基于井筒松散层段偏斜与竖向压缩变形共存且向非对称开采工作面方向偏斜的全新破损特征,揭示郭屯煤矿井筒偏斜与竖向压缩变形机理,分析认为该2种特征分别是煤层非对称开采引发的底含非均匀疏水固结沉降叠加作用下地层水平倾覆推力和竖向附加力所致。本着确保安全、不停产治理的原则,制定了在役偏斜井筒不停产地面注浆综合治理方案,研发了系列井筒偏斜综合治理技术:(1)保护在役井筒“泄压-预警”双控地面高压注浆技术;(2)厚松散层单孔多层段注浆新型套管与施工工艺;(3)厚松散层地面注浆参数工程化确定方法;(4)在役井筒不停产运营下深孔高压注浆治理预警技术。综合监测结果表明:郭屯煤矿主、副、风3个偏斜井筒治理工程注浆过程中严格按照厚松散层薄基岩条件下偏斜井筒不停产综合治理技术进行实施,完成注浆孔钻探工程量31 026.8 m,注浆量达到35 536.66 m3,实现了矿井不停产注浆治理;治理后井筒向北向西不再继续偏移,主井井筒注浆期井口处向北和向西偏斜量分别减小12 mm和18 mm,副井井筒井口处向北和向西分别减小13 mm和41 mm,注浆结束1 a内井筒整体偏斜量仍继续减小并有回正趋势,且井筒周边下沉速率减缓,确保了井筒运营安全。研究成果在郭屯煤矿厚松散层薄基岩地层偏斜井筒地面高压注浆治理工程得到了成功应用,为今后在类似工程中应用提供参考依据和工程经验。

弱胶结砂岩钻井法凿井破岩类材料试验研究

为了满足侏罗系弱胶结砂岩钻井法凿井破岩相似模型试验类材料的配制需求,基于其物理力学特性及破岩工况,以抗压强度、抗剪强度、抗拉强度、软化系数和干密度等为主要参数,提出类材料相似条件,选择配制原材料,根据试样正交试验结果,分析不同配比类材料的物理力学特性及其影响因素,获得满足破岩相似材料模型要求的类材料最优配比。研究结果表明,水泥石膏比是影响弱胶结砂岩相似材料强度和软化系数的主要影响因素,且两者均与水泥石膏比呈正相关,饱水后的类材料具有显著的软化特征;胶砂比在1∶1至2∶1范围内,类材料水化产物氢氧化钙与二水硫酸钙含量显著增加,富集处易造成裂隙发育,从而降低材料强度;基于正交试验结果,优选的胶砂比为2∶1,水泥石膏比为6∶4,即m砂∶m水泥∶m石膏∶m水∶m减水剂=1∶1.2∶0.8∶0.6∶0.02,其物理力学特性基本满足类材料相似条件要求,可作为弱胶结砂岩破岩相似模型试验的类材料。研究结果可为侏罗系弱胶结地层钻井法破岩提供前期条件和类材料配比提供参考。