千米深井煤层水力压裂作用下裂隙应力场演化规律的数值模拟研究

为了掌握千米深井煤层水力压裂作用下煤体内部裂隙应力场演化规律,更科学地开展超千米矿井煤层水力压裂增透瓦斯综合治理工作,以平煤股份一矿超千米埋深的戊8-31240工作面为建模背景,采用RFPA-2D数值模拟软件,建立了煤体内部裂隙发育—应力场扰动数值模型,模拟得到了水力压裂作用下深部煤体内部裂隙应力场演化过程。研究结果表明,深部煤体内部在水力压裂作用下,首先由水流浸润煤体,微裂隙在压裂孔四周区域萌生,在孔左上、右上两侧区域形成“V”形主级宏观裂隙呈扇形继续扩展发育,然后在孔左下、右下两侧区域微裂隙贯通形成“Λ”形次级宏观裂隙,最后孔两侧主、次级宏观裂隙贯通,呈现“X”形裂隙扩展主导压裂,并产生更多微裂隙,使深部煤体受水力压裂的影响范围不断扩大;深部煤体水力压裂开始阶段,内部破坏向压裂孔四周随机发生,随着压裂压力升高,煤体破坏开始向压裂孔上下区域延伸,但远小于向压裂孔两侧破坏速度,煤体破坏更多集中在煤层上部,表明水力压裂将会对煤层顶板造成较大冲击;深部煤体受水力压裂作用,条带状剪应力、块状拉应力主要集中在裂隙的尖端附近区域,剪应力从13.5 MPa卸压到1.1 MPa,卸压降幅91%,而拉应力从11.0 MPa卸压到2.2 MPa,卸压降幅80.0%,其拉应力卸压效果要小于剪应力的卸压效果,随着压裂的裂隙向煤体深部延伸转移,最终在单个压裂孔前后25 m范围区域形成剪—拉双重作用卸压区,使地应力得到释放,大大提高了深部煤体的透气性。数值模拟研究可为千米矿井深部煤层水力压裂技术工艺参数优化实施提供一定参考。

长腹板的极限抗剪强度

20世纪60年代初期和70年代开发的Basler模型和Rockey模型,都可以很好地预测在板的加劲肋间距与腹板深度比值小于或等于1.5,并承受纯剪力作用时腹板的后屈曲强度。当这个比值大于或等于3.0时,模型计算便失去了其准确性。现在大部分钢结构都是建立在这两个主要理论或是考虑到后屈曲阶段张力场作用的储备强度后的衍生理论的基础之上。然而,没有一个理论能解释腹板上复杂的应力分布,直到Yoo和Lee提出剪力作用下腹板后屈曲性能的真实受力机制。

低剪跨比闭口型压型钢板组合剪力墙抗震性能试验研究

综合考虑闭口型压型钢板的板肋具备优越的连接件性能和抑制钢板屈曲等有利因素,提出一种外包闭口型压型钢板混凝土组合剪力墙结构。为研究轴压比、混凝土强度、钢板厚度和增强连接构造(钢板表面设置螺钉和肋缝灌胶)对组合剪力墙抗震性能的影响,进行了6个剪跨比为1.0的闭口型压型钢板组合剪力墙试件低周往复加载试验。试验加载过程中,采用非接触式3D-DIC测量系统对外包压型钢板的全场应变进行监测。试验研究表明:闭口型板肋能较好地发挥抗剪连接件作用,从而实现外包钢板和内填混凝土之间良好的共同工作性能;钢板屈曲后在主拉应变方向形成斜向拉力场作用,所有组合剪力墙试件荷载达到峰值时,各板带钢板在主拉应变方向已基本屈服;组合剪力墙具有稳定的滞回性能和良好的变形能力,极限位移角为1/53~1/38,钢板与混凝土的连接无需进一步采取增强措施。基于钢板拉力场理论模型和混凝土软化拉压杆模型,提出组合剪力墙水平受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合良好。

非加劲与防屈曲钢板剪力墙性能及设计理论的研究现状

钢板剪力墙已被证明是高烈度区优秀的抗侧力构件,但设计方法不够成熟,阻碍了钢板剪力墙的推广应用。为服务设计,基于非加劲和防屈曲钢板剪力墙的研究历史和现状,总结出二者在性能和设计理论方面的主要研究成果,特别是对其力学性能、使用性能、工作机理、等代模型及边缘框架设计作了重点阐述。其中,最近新提出的等代模型(非加劲和防屈曲钢板剪力墙),可适用于钢框架内嵌任意厚度钢板(厚板、中厚板及薄板)的结构分析。同时,指出当前设计方法的不足之处在于不能体现钢板剪力墙延性和耗能的优势,定量反映钢板剪力墙性能优势是今后研究工作中要解决的关键理论问题。此外,对于非加劲钢板剪力墙与框架施工顺序进行了初步分析,对同步施工时非加劲钢板剪力墙受剪承载力应予以折减。