2023年积石山6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑的特征与启示

2023年12月18日23时59分,甘肃省积石山县发生了6.2级地震,震中位于北纬35.7°,东经102.79°,震源深度10 km。本次地震在距震中约20 km的青海省海东市民和县永川乡金田村和草滩村二级阶地黄土台塬地貌下引发了长2.5 km的大规模液化流滑灾害,引起了国内外的高度关注。笔者在震后立即对该液化流滑灾害和地震动特征进行了现场联合调查,基于现场考察、无人机现场勘测、钻孔勘探、电法探测、参考历史同类灾害的前期研究成果等手段,初步查明了液化流滑的特征与机理。结果表明,该液化流滑是由于地震触发11 m深度以下地下水饱和的黄土层大面积液化,上覆土体随液化土体沿液化层带顺着2°~3.5°的缓斜坡方向流滑进入冲沟,然后,沿坡度为1.5°~5°的冲沟向下游继续流滑。在流滑过程中,液化土体中喷涌出的大量水与上覆土体中高含水率表层土中的水不断与流滑土体搅合揉搓使得流滑混合体在到达冲沟中下部的拦洪坝之前,已经演化为泥流。在遇到拦洪坝受阻漫溢到左右两岸的同时,泥流转而也进入了左侧另一条相邻冲沟一定距离,最终拦洪坝溃坝,泥流继续下泄到了金田村和草滩村,造成两村51户房屋被埋或冲毁,20余人死亡,泥流最终停止于两村下游约317 m处。并在结论中得到了评估与减轻此类灾害风险的启示。

喷油润滑球轴承流动特性的数值研究

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影实测流场.结果表明:滑移网格下的轴承内部油液体积分数大于用MRF方法的计算结果,且当转速逐渐增大时,轴承内部油液体积分数均逐渐减小,且在离心力作用下,润滑油更多地分布在轴承外圈滚道.滑移网格下的轴承内部流场油液分布更接近实测流场.仿真计算的搅油力矩随转速增大而增大,MRF方法下搅油力矩大于滑移网格下的搅油力矩,平均误差约为12.3%.两种方法对搅油力矩的计算均具有较好的一致性,但MRF时间成本更低.

正流量液压挖掘机回转系统节能控制

针对徐工某中型正流量挖掘机回转系统存在的较大溢流损失,设计了一种减小能量损失的节能控制方法。首先建立挖掘机回转系统关键部件模型;其次基于趋近律设计滑模控制器,根据模糊规则确定趋近律参数;最后根据马达溢流阀压力改变泵排量,以实现泵输出流量对压力的快速响应,从而实现节能降耗的目的。经仿真分析,较挖掘机传统的开环控制与PID控制,采用模糊滑模控制下的泵输出流量明显减少,且马达转速较前两种算法变化不大,不会降低回转作业效率,可知设计的算法有效。

2023年甘肃积石山M_(s)6.2地震宏观灾害特征与若干思考

2023年12月18日甘肃省积石山县发生了M_(s)6.2地震,与以往同等级地震相比,其表现出“同震重灾”特征和引发了特殊流滑地质灾害。通过现场震害调查、走访受灾群众和搜集地质资料及相关文献,重点探讨了本次地震的发震背景和孕育地质条件,对比了宏观烈度分布特征及与仪器烈度差异,统计了不同民居房屋的典型震害特征及所占比例,调查了造成人员伤亡的主要成因;踏勘了次生流滑灾害宏观特征,对揭示其成因与触发条件提出了若干关键问题。结果表明:宏观与仪器烈度具有较为明显差异,原因主要为地形地质条件复杂、不同乡镇经济发展水平与房屋抗震设防能力差异及烈度仪布设缺乏统一标准;强震观测记录地表加速度明显大于2021年漾濞M_(s)6.4地震,烈度Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ区面积分别为2022年芦山M_(s)6.1地震的2.3、1.5、2.5倍,为造成同级地震重灾的一个重要成因;泥流掩埋摧毁房屋、炕头相连淋浴间隔墙倒塌及地震发生在深夜是造成本次地震人员伤亡重的重要因素。流滑区域长约3 km,前后高程差约85 m,总面积约39万m^(2),漫出地面约3 m高,塌陷区残留若干孤岛,其可能为长期农田灌溉、地下水体富集、地震主振方向与泥流运动和天然沟谷方向相同等外在因素和黄土湿陷、土体液化等内在机理综合诱发,具体成灾诱因、物理机制和触发条件需多种手段联合验证。调查证明,按照抗震设防标准进行房屋建设和既有建筑加固,强化农村居民防震减灾意识和应急避难知识,是减轻地震造成人员伤亡的有效措施。

高压阀口液动力补偿控制策略仿真分析

直动式比例伺服阀是一种新型的单级伺服阀,采用比例电磁铁或线性力马达直接驱动滑阀运动,具有成本低、频响高、抗污染能力强等优点,广泛应用于注塑机进给控制、轧机板厚控制系统等高速高精度液压控制系统中。传统的直动式比例伺服阀采用PID控制策略实现阀芯的精确位置控制,在高压大流量工况下(供油压力达到20 MPa、流量大于100 L/min),阀芯受到液动力扰动变得更加剧烈,易出现响应速度慢、阀芯抖动的现象,影响了比例伺服阀的控制精度。为了解决大液动力扰动的问题,提出了一种基于指数收敛干扰观测器的滑模控制器。通过建立阀芯动力学模型来设计滑模控制器,保证阀芯位置的高动态跟踪性能;使用基于指数收敛的干扰观测器,估计阀芯动力学模型中液动力的不确定性扰动,解决高压大流量工况下的阀芯液动力扰动补偿问题。搭建了比例伺服阀系统的联合仿真模型进行仿真验证,结果表明,提出的控制器可以解决高压大流量工况下阀芯液动力扰动对阀芯位置控制的干扰问题。

斜流中水下机器人的导管桨水动力性能研究

为研究斜流对水下机器人导管螺旋桨水动力性能与流场特性的影响,本文基于计算流体力学方法,采用滑移网格技术,对某自主研发的水滴流线型柱体结构水下机器人系统模型进行数值模拟计算。结果表明,在斜流中随着斜流角度在一定范围内增加,螺旋桨产生的推力也会相应地有所增加;斜方来流会导致伴流场的不均匀性与周向速度分布不均匀。在不同的斜流角度下,螺旋桨压力云图也表现出一定的变化规律。

黄土地震滑坡运动特征研究——以海原特大地震诱发滑坡为例

基于1920年海原81/2级特大地震诱发的568处典型黄土滑坡,从方向性特征、远程滑移特征以及流滑特征等3个方面探究黄土地震滑坡运动特征,主要结论如下:(1)海原地震诱发黄土滑坡主滑方向集中于60°~90°和270°~300°两个区间,与斜坡坡向优势范围50°~90°和255°~290°较为一致,体现出明显的顺坡向特征;(2)主滑方向与发震断裂走向平行或呈小角度相交(0°~30°)的滑坡占比41.9%,滑动方向受断层错动方向的影响较为显著;(3)滑坡密集分布于迎坡面,发育数量为背坡面的1.98倍,表现出典型的迎坡面特征;(4)滑坡最大水平距离与坡高的相关性明显,滑坡密集发育在坡高30~120 m的范围内,滑坡的等效摩擦系数均小于0.4,展现出典型的远程滑移特征;(5)568处滑坡中等效摩擦系数小于0.17的占比70.95%,表现出显著的流滑特征。作为黄土地震滑坡发育特征研究成果的重要补充,所得结论对深入开展黄土地震滑坡成灾机理与风险评估研究具有一定的参考价值。

阀体偏心沉割槽对滑阀阀芯径向不平衡力的影响

滑阀流道呈现一种非对称且变化的复杂流道,阀内形成湍流流动,致使阀芯表面受到不均匀压力作用,形成不平衡力,导致阀芯出现倾斜,增加阀芯卡滞的风险,影响滑阀正常工作。针对这个问题,研究了阀体偏心沉割槽对滑阀阀芯径向不平衡力的影响。首先,简化了滑阀流道模型,采用数值模拟方法建立了滑阀瞬态流动分析模型;然后,基于伯努利效应,分析了不同偏心沉割槽时阀芯表面不均匀压力分布规律;最后,获取了不平衡力计算公式,研究了不同沉割槽偏心距对阀内流动特性、阀芯表面受力及径向不平衡力的影响。研究结果表明:采用偏心沉割槽结构减缓了出口段阀芯下表面区域的湍流程度,有效降低了阀芯径向不平衡力的大小;沉割槽偏心距为1.92 mm时,阀芯受到的不平衡力最小,相对于无偏心沉割槽,径向不平衡力在开度为0.5 mm时减小了77.63%,开度为1.5 mm时减小了50.18%,有效减缓了阀芯的倾斜程度。该研究结果对阀体沉割槽设计及阀芯不平衡力抑制方法的研究具有一定参考价值。

环形异向流浅层流场油滴流动及分离特性研究

目前关于环形多层异向流浅层流道内液滴流动和油水分离特性的研究尚不够深入。为此,借助流体动力学方法,对环形异向流浅层流道内分散油滴运移分离特性和多层浅层流道速度分布特性进行分析。研究结果表明:环形异向流浅层流道内油滴浮升至斜板表面所需板长为96 mm,小于理论计算所需板长122 mm;浅层通道内层间速度分布对分离效率影响较大,下层流道入口速度峰值为0.00805 m/s,环形多层浅层通道内油相浮升过程中会遇到交叉流,显著影响浅层通道分离效率;滑移距离是影响浅层通道间分离效率的重要因素,当板长为350 mm、油滴粒径为50μm时,滑移距离占板长38.35%。所得结论可为基于浅层沉降强化分离理论的紧凑型采出水处理设备结构创新优化设计提供理论支撑。

泵喷推进器间隙流场尺度效应数值研究

由于泵喷推进器转子与导管之间有间隙的存在,内流场特性较复杂.为了探究尺度效应对泵喷推进器间隙流场的影响,采用非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程和SST k-ω湍流模型,利用全结构化网格对计算域进行离散处理,滑移网格用于处理转子和其他部件之间的相对运动.首先通过网格不确定分析来验证本文数值方法的可行性,数值计算结果与模型试验数据进行了比较,两者吻合良好;然后对3种尺度泵喷推进器模型的敞水性能进行了数值计算,从涡量场和压力场的角度进行了分析.结果表明,全进速系数下,实尺度模型的效率会提高;实尺度模型的叶梢泄漏涡(TLV)涡量溃灭提前,涡量强度更低,并且TLV涡核中心压力系数更小,间隙间的脉动压力幅值更低.

车载滑片式压缩机数值建模及其性能研究

由于对滑片式压缩机几何优化的研究有限,大多数受几何结构影响的流动和泄漏机制尚未完全揭示。为此提出一种新型车载滑片式压缩机,其设有密封减震垫片以减小磨损摩擦,进、排气口采用异面布置且进气口端面为月牙形结构,以改善腔内流动。结合动网格技术,选取RNG κ-ε湍流模型,采用Pumplinx对滑动叶片数量、叶片尖端间隙高度进行数值研究,并搭建压缩机试验台架进行试验验证。结果表明:随着滑片数量的增多,出口温度和定转子啮合间隙泄漏减小,质量流量增加;定转子啮合间隙高度从0.01 mm增大到0.05 mm时,质量流量和容积效率分别降低了11.46%和6.69%,而排气温度增加了45.8 K,间隙泄漏量增大了1.13倍。

二维阀圆柱滑阀阀口温升研究

二维阀所带来的温升主要来源于圆柱滑阀的阀口,过大的温升不仅会造成能量的耗散,也会对阀口产生变形影响,降低阀的机械性能和安全性能。分别针对不同入口油温下滑阀的4个阀口开度(0.20,0.15,0.10,0.08 mm)和5种流量边界(15,25,35,45,55 L/min)对圆柱滑阀阀口温升的影响情况进行了数值模拟,得到了结果:温升随流量的增加而显著增加,流量为55 L/min时比15 L/min的最大阀口温升提高了11.127 K;阀口开度是影响温升的主要因素,随着阀口开度的减小,温升升高。同时通过实验对模拟结果进行了验证,得到实验数据与模拟数据吻合良好,两者之间的相对误差仅为0.14%,证明数值模拟的结果是可靠的。

催化裂化装置待生滑阀阀杆脱扣原因分析与处理

介绍了某催化裂化装置沉降器料位由41%开始突升并在调整过程中产生波动的原因及解决措施。分析原因:待生滑阀控制失灵造成沉降器料位波动。通过现场拆除待生滑阀阀杆和控制机构连接块、旋转和抽拉阀杆等调整措施,确认阀板和阀杆脱扣。根据对阀杆连接结构的分析,采取调整旋转和抽拉阀杆等措施恢复了装置生产,并在阀杆180°方向带压开孔安装了一套临时的顶杆与原阀杆共同控制待生滑阀,保证了装置长周期运行。为明确故障原因,采用了流场模拟的方法对滑阀内压力云分布、流体速度分布、催化剂颗粒分布及吹扫蒸汽的控制进行了相关计算,得出吹扫蒸汽的流量控制对阀杆连接处的冲蚀具有较大影响。该结论在检修中得到了较好的验证。

不平衡电网下MMC-UPFC的反演-滑模控制策略

针对模块化多电平变流器(MMC)-统一潮流控制器(UPFC)采用的控制方法存在的问题,本文提出了一种基于MMC-UPFC的反演控制(BSC)与滑模控制(SMC)组合而成的反演-滑模控制(BSC-SMC)非线性控制策略,这种控制策略既保留了SMC的抗干扰能力强等性能,也兼具BSC响应速度快等优点。首先,根据MMC-UPFC的拓扑结构,建立并联侧MMC变换器、串联侧MMC变换器的数学模型;其次,在不平衡条件下进行了正、负序分解,并设计了MMC-UPFC在不平衡条件下BSC-SMC控制器,并证明了控制系统的稳定性;最后,在MATLAB/Simulink软件平台搭建MMC-UPFC仿真模型进行仿真验证,通过把本文所提BSC-SMC控制策略与PID控制策略在接收端电源电压单相跌落、串联侧注入电压两种不同工况下进行了仿真比较,验证了BSC-SMC控制策略除具有SMC控制策略的抗扰性强特点外,还同时具有BSC控制策略的响应速度快和超调量小特点,且本文控制系统的稳定性更强、鲁棒性更好,从而验证了本文所提BSC-SMC控制策略的有效性和优越性。

基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法

为了提高液态化肥的利用率,提出了一种基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法。首先,分析了电动调节阀控制液态肥流量的工作过程,并建立了液态肥流量控制模型;然后,针对电动调节阀中的阀门开度、电机转速和电机角加速度设计了积分滑模面,并提出了滑模控制律;最后,对液态肥流量控制系统进行了稳定性分析。试验结果表明:设计的滑模控制方法具有快速性和准确性,响应时间小于0.6s,阀门开度最大误差仅为0.01cm,液态肥流量最大误差仅为1mL,液态肥流速最大跟踪误差仅为0.1mL/s,在对番茄液态肥实测中最大流量误差也仅为0.03mL,控制精度较高,可实现精准施肥。

尾矿库溃坝对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估

溃坝尾砂泥石流是介于水和一般自然界泥石流二者之间的一种颗粒相对均匀的砂—水混合物浆体,具有高势能、流速快的特性,易对下游高速公路造成巨大威胁,因此开展溃坝尾砂泥石流对下游高速公路的损伤评估,对于保障尾矿库下游高速公路安全具有重要意义。本研究基于尾矿库溃坝数值模拟并结合泥石流领域的损伤和滑动破坏研究,建立了溃坝尾砂泥石流对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估模型。首先,进行尾矿库溃坝数值模拟确定高速公路桥墩前溃坝尾砂泥石流的流速和深度变化;然后,将流速和深度数值模拟结果代入计算公式对高速公路损伤和滑动破坏进行定量评估;最后得出评估结果。以铜山口尾矿库为例开展工程应用,研究结果表明:尾矿库溃坝后高速公路桥墩损伤满足要求,桥墩基础损伤评估中计算出局部冲刷最大深度为4.456 m,大于桥墩基础顶部距离地面的高度4 m,一部分桥墩基础将受到侵蚀破坏;桥梁滑动破坏评估中计算出桥墩抗滑动稳定性系数为1.02,低于规范限制1.2,高速公路桥梁存在横向滑动风险。

连接器保持架多向抽芯热流道注射模具设计

对某产品的连接器保持架进行了特征分析,为了使保持架在圆周方向获得较高的拉伸强度,避免多浇口熔接改变分子链取向,设置了单浇口充填,经Moldflow软件验证,该种进胶方式较合适。针对保持架全周都有倒扣特征,将保持架全周划分为A区域、B区域、C区域,分别对各区域设置了相适应的“斜导柱-滑块”结构;为了减少流道凝料,优化生产节拍,设置了热流道结构,热流道进胶点与模流软件内设置一致;设置水路,使进水方向与料流方向一致,实现“水料并行”;设置先复位机构,保证顶针端面与动模模仁完全贴合。

缓倾斜液化场地地铁车站结构变形分析

为了研究缓倾斜液化场地对地基土-地铁车站结构地震反应的影响,探讨缓倾斜液化场地液化过程中地下结构的位移变形,采用有限差分软件FLAC3D建立缓倾斜液化场地地基土-地铁车站结构的数值分析模型,采用本构模型Finn对所建立的模型进行地震液化分析;通过分析地铁车站结构周围场地液化分布特征、位移云图和地面倾角分别为0°、1°、2°、3°的4种工况下地铁车站的位移时程曲线,探讨地面倾角对周围场地、地铁车站结构的影响,分析4种工况下缓倾斜液化场地中地铁车站结构的位移地震响应。结果表明:在4种工况下,车站周围液化严重,液化分布基本呈对称分布,右侧底部液化程度随地面倾角的增大而增大;车站发生不均匀上浮并且发生逆时针偏转,底板左右两侧最大上浮差值达到6.2 mm;随着地面倾角的增大,土体出现流滑现象,当地面倾角为3°时,土体流滑位移达到1.6 m,并且车站结构发生33 mm的侧向位移;车站层间位移角随着地面倾角的增大而增加,当地面倾角为3°时,层间位移角超过规范限值。

基于离散元法的抗滑桩加固顺倾节理岩质边坡抗震性能研究

以抗滑桩加固后的顺倾节理岩质边坡为研究对象,使用颗粒流软件PFC2D建立边坡数值模型,分析了边坡自然状态下的破坏模式和加固后的变形特征,通过输入真实地震波,对地震作用下顺倾节理岩质边坡和抗滑桩的动力响应和破坏模式进行了系统的研究。研究结果表明,在自然状态下的顺倾节理岩质边坡的破坏模式属于前缘牵引式,后缘垂直拉裂,滑坡内部拉剪组合破坏沿顺倾节理方向滑移,与实际情况相符;抗滑桩可降低结构面的不利影响,保持边坡整体稳定;地震荷载作用下,抗滑桩可保证边坡不发生大规模破坏,同时降低了结构面对边坡破坏模式的不利影响,讨论了不同工况下的边坡安全系数。本研究对地震诱发滑坡风险的预测和加固设计具有重要的意义。

压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明:随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。