Recent tectonic stress field research in Shanxi graben system

By comprehension of earthquake focal mechanism solutions and the data of in-situ stress measurements, the tectonic stress field in Shanxi region has been summarized, which indicate that the stress state in this region is different from that of its eastern surrounding regions. The next, by fitting the measured data, the boundary forces that influenced the distribution of the stress field in this region has been studied using inversion method. The inversion results showed the following messages: the effect of the boundary force between the blocks is the main determinative factor for the recent tectonic stress field in Shanxi and the regional material and its property is a secondary factor; the horizontal main stress of tectonic stress field in Shanxi region is consistent with the stretch of fault basins.

基于改进粒子群优化算法的地应力场反演

为提升粒子群优化算法反演地应力的效率和精度,采用改进粒子群算法,并对随机数进行针对性设置,联合使用MATLAB与FLAC3D,以沙溪铜矿区的声发射数据为基础进行了算例分析。结果表明,操作流程简单易行,改进后的算法精度高、效率高,对类似工程有一定的参考性。

不同模型参数对面板堆石坝应力变形的影响研究

为探讨室内三轴压缩试验及大型现场压缩模量试验在研究面板堆石坝坝筑坝材料实际力学特性的科学合理性,结合某100 m级混凝土面板堆石坝工程,分别对各区筑坝材料进行上述两种试验研究,其中对现场压缩试验成果采用基于免疫遗传算法的反演方法计算得到材料的邓肯E-B模型参数,同时整理室内压缩试验成果得到另一组参数。基于以上两组参数,运用三维非线性有限元法进行数值计算。计算结果显示,室内三轴试验过程因为缩尺试验料与实际筑坝料之间较大的颗粒粒径差异,计算得到的坝体及面板变形协调性较差,试验成果难以客观反映材料实际的力学性质,建议加强对缩尺效应及颗粒破碎机理的进一步研究以及直接对原级配筑坝材料试验方法的探索。

1605年琼山大地震深部构造和应力状态研究

利用1605年琼山地震区已有的浅部地质、物探和钻井等资料,采用空间域三维重力正反演计算,消除了地壳浅部影响,依次得到由浅到深的各剩余深部重力异常值。然后由基底剩余重力异常值反演得到莫霍界面深度及起伏形态。分析上述结果可知:1605年的琼山大地震是一个以垂直向差异运动为主的地震,位于琼北莫霍面隆起区东北部、隆起向外凸出部位的陡坡上;北东东向的马袅-铺前断裂(中东段)呈反扭(左旋)状态,而北西向的铺前-清澜断裂(北段)呈顺扭(右旋)状态;云龙地区地下地幔物质上涌,造成云龙地块的上隆;如果1605年地震区出现NE30°左右的主压应力场作用和云龙地块异常上隆时,应考虑地震的复发问题。另外,分析各剩余深部重力异常等值线分布,还可以判定地质学给出的各断裂构造展布和延伸情况。

1994年美国北岭地震震源区构造应力状态反演及动力学解释

针对余震震源机制解相对比较复杂、紊乱这一现象,借助ZMAP软件包的特点,提出在尽可能减少人为分区因素情况下,利用余震震源机制解反演计算震源区应力状态的具体思路。利用1994年美国北岭MW6.7地震的余震震源机制解,采用Michael提出的应力张量反演算法,对震后震源区的构造应力状态及其分布进行反演分析,探讨了地震后震源区应力状态的调整变化及其与地质构造的关系。结果表明:1)震后震源区最大主应力为近水平,方向为北北东向,北北东向的水平挤压是北岭震源区构造应力状态的一个明确特征;2)震后震源区深浅部的构造应力状态可能不完全一致,虽然深部和浅部的最大主应力方向均为北北东向,但震源区深部的应力类型为逆断型,震源区浅部的应力类型为走滑型,深部数据组的反演结果与区域构造应力场相一致。认为北岭地震后震源区深浅部构造应力状态的差异可能与震源区的地震构造和北岭主震的错动方式有关。北岭主震是一次逆冲型地震,地震发生后,在区域构造应力的作用下,震源区应力继续释放,隐伏的北岭断裂(可能包括其周围的小断层)继续逆冲运动,从而产生一些逆冲型的中小余震。深部构造应力状态没有发生明显的改变,但北岭断裂的逆冲运动有可能引起了震源区浅部应力状态的变化。

磁西矿超深井筒原岩地应力研究

介绍了磁西超千米井筒设计和地质条件,展示了井壁受力的实测方案以及依据包神解析公式进行地层原岩应力反演计算的原理。实测结果反演得到了井筒1 208 m深处的水平应力平均估值以及不均匀分布情况,水平应力与垂直应力之比符合自重应力场的规律,侧压力系数估值约为0.256~0.278之间。通过有限元数值模拟,图形化展示了井筒地应力分布,验证了实测反演数据的合理性,同时也反映了岩层剪切模量和构造等地质条件对水平应力不均匀分布的影响规律。结合对该矿区宏观地质构造运动演化和地质力学的定性分析原理,综合地分析了实测结果、解析反演和数值计算之间的一致性,对水平原岩应力Hoek＆Brown统计规律的普适性提出了质疑,讨论了现有原岩应力解析计算方法,为采用包神公式进行井壁设计供了参考。

油水两相管流反相模型研究

建立了管壁剪切应力与管流扰动动能之间的关系。利用扰动动能与乳状液液滴界面自由能之间的平衡关系,推导了形式简洁的液滴直径模型。结合系统最小自由能理论,获得了改进的反相含水率预测模型。利用已公布的油水两相管流反相实验数据,将模型与已有的反相模型对比表明:当油品黏度较低时,该模型的预测精度明显优于其他反相模型;当油品黏度较高时,各反相模型的预测结果均不理想。

基于反算当量路基回弹模量钢桁架混凝土桥面铺装设计

文中结合我国当前的沥青路面设计方法,运用"反算当量路基回弹模量"法,把钢桁架混凝土桥桥面铺装结构倒置后,转换成普通路面的半无限空间层状弹性体系,并提出类似一般沥青路面设计方法的钢桁架混凝土桥桥面铺装设计方法。该法以铺装层顶表面最大拉应力(拉应变)作为设计控制指标,对桥面铺装结构层的设计有一定指导意义。

隧洞位移的弹性空间有限元反分析研究

针对地下洞室,本文提出了一种借助弹性空间有限元计算的位移反分析法——相对位移反分析法。该方法不仅可以模拟测点位移释放的过程,而且还能反映位移量测的真实情况,合理地考虑掌子面对围岩变形的空间效应影响。运用这种方法对二滩蒿草湾隧道进行了位移反分析,所得结果较为合理。

有压泄洪洞衬砌混凝土热学参数反演分析

在大体积混凝土的温控研究中,绝热温升及水化热散发一半的时间是影响混凝土温度场结果的两个关键参数,有必要进行施工反演分析,验证前期取值的合理性,提高仿真分析的精度,进而指导温控研究,达到温控防裂的目的。利用ANSYS有限元软件,基于溪洛渡水电站泄洪洞有压段衬砌混凝土现场实测数据,对该衬砌用泵送C9040混凝土绝热温升和水化热散发一半的时间值进行反演分析,并利用反演分析成果,进行实际施工方案的复核。成果表明,有压洞衬砌混凝土温度场仿真计算值与现场实测数据相关系数较高,施工方案复核的计算中,温度应力结果与现场衬砌裂缝情况较为吻合,因而热学参数的反演分析成果合理。反演分析方法及结论可为类似地下工程衬砌混凝土温控防裂研究提供相应参考。

M-HTPF法全地应力张量反演探索与实践

HTPF法现场测试和反演计算由于需要大量原生裂隙面而使得该方法的广泛推广应用受到极大限制。新近提出的M-HTPF法有效的解决了这个问题,该方法依据摩尔库伦理论,通过建立结构面上的广泛存在的法向应力和剪切应力关系,优化方程组求解条件来实现降低对原生结构面数量的依赖。笔者基于M-HTPF法,利用最小二乘法和计算机程序试错搜索原生裂隙面摩擦系数的办法,在MATLAB平台上利用mldivide命令实现方程组求解,通过计算机程序自动搜索和统计,可以实现原地应力张量的反演计算。通过利用法国Mercantour公路隧道HTPF测试数据和山东某科研钻孔的测试数据,检验了反演计算软件的可靠性和实用性。研究结果表明,M-HTPF法可使用4条及4条以上原生裂隙对原地应力进行有效的反演计算分析,反演计算获得的数据离散性小,数据稳定性高。该方法为单孔三维水压致裂原地应力测量提供了新的思路和途径。

基于实测洞壁应力的硬岩隧道初始应力场反演分析

以九岭山隧道DK1685+645断面作为典型断面,通过应力解除法结合弹性力学理论公式推算得出该断面处洞壁切向应力为43.808 MPa,侧压力系数为0.757。控制侧压力系数不变,并以该应力作为初始应力场的基准值,采用数值模拟方法对该断面处初始应力场进行反演分析。计算得到该断面处竖向初始应力为20.500 MPa,水平初始应力为15.519 MPa。计算结果可为具有相近埋深与岩性的隧道岩爆预测提供参考。

基于稀少样本数据的地应力场反演重构方法

地应力测量昂贵的成本限制了测点数量,稀少样本实测数据难以对区域地应力场进行全面的描述与表达。如何依据稀少样本地应力实测数据准确地构建地质体内部地应力场分布状态,一直是岩土工程关心的重点问题,尤其随着深部工程的建设,掌握地应力场的分布规律是进行工程安全设计和防灾工作的基础。提出的GMDH(批数据处理)神经网络算法,结合地应力场分布随埋深的非线性特征及局部地质构造处地应力场的非连续性特点,构建出形成复杂地质体地应力场的边界条件模式,并基于现场的稀少样本测点数据进行复杂边界条件的生成,拟合出边界载荷非线性表达式。通过Matlab编程构建GMDH神经网络算法平台,该平台具有结构最优性和全局性等优势,克服了传统神经网络方法假设过多(网络结构假设)和网络结构过于简单等缺点,实现复杂地质体边界载荷表达式与实测点应力值的非线性映射,从而获取了较为合理的地应力场分布。为了验证算法的有效性,构建二维急倾斜地层地质区域模型,分别选取15个、12个、9个及6个测点数据进行地应力场反演。结果表明:随测点数量的减少,GMDH神经网络算法反演精度均大于83%,特别是6个测点稀少样本数据中,GMDH神经网络算法反演精度为84%,BP神经网络算法反演精度为76%,说明GMDH神经网络算法在稀少样本测点数据下具有较高的反演精度。另外,对稀少样本测点数据下的杏山铁矿地应力场进行反演和重构,结果显示,GMDH神经网络算法反演精度达到84%,绝大多数测点应力分量反演误差小于10%。因此,GMDH神经网络算法在稀少样本测点数据的反演计算中,具有良好的泛化性和非线性数据预测性,可为今后日益复杂的工程设计和施工提供有效的理论依据。

椭圆式异形压缩螺旋弹簧力学特性计算分析

椭圆式螺旋弹簧(即椭圆中径、椭圆丝径螺旋弹簧)是一种应用于特殊空间下的异形弹簧,目前尚无成熟可靠的椭圆式螺旋弹簧刚度及应力的计算方法。基于椭圆式螺旋弹簧的力学模型,利用卡氏定理建立其挠度及刚度的计算方法;基于弹性理论知识,运用半逆解法建立了考虑受扭转应力及弯曲应力同时作用下,椭圆式螺旋弹簧的复合切应力计算方法。通过实例对弹簧进行ANSYS仿真验证,结果显示弹簧刚度的相对偏差在0.84%以内,最大复合切应力的最大偏差仅为2.19%,表明建立的椭圆式螺旋弹簧刚度及复合切应力计算方法是正确的。基于建立的弹簧任意位置的复合切应力计算方法,计算总结出弹簧簧丝截面、弹簧圈表面的复合切应力及弹簧簧丝截面弯曲切应力的分布变化规律,为此类弹簧的设计及应用提供了理论参考。

大型客站钢结构“半逆作法”吊装方案研究

介绍在广州新客站大型钢结构吊装施工方案制定时,通过模拟计算及研究,解决了在采用"半逆作法"的吊装方案中,高架层混凝土楼板预应力张拉对钢结构的应力叠加相互影响的关键技术。

基于实测资料的碾压混凝土拱坝温度应力反演反馈分析

在拱坝的温度应力仿真计算中,混凝土材料特性参数直接关系到数值计算结果的准确性。为了提升仿真计算的真实性,需对混凝土热力学参数进行反演分析。依托某碾压混凝土拱坝,借助三维有限元程序,基于工程现场监测资料,采用回归分析的最小二乘法对混凝土的热学参数进行反演分析。结果表明,反演得到的热学参数能较好地反映工程现场实际。在此基础上,对碾压混凝土拱坝全坝全过程施工期温度和应力进行仿真分析,跟踪反馈拱坝真实温度分布和受力特性。该研究成果可以指导工程现场施工,并对类似工程具有一定参考价值。

2A14铝合金构件淬火过程的数值模拟及试验验证

为了预测2A14铝合金大型构件淬火后的残余应力与变形,采用热膨胀试验、高温拉伸试验和材料计算方法,建立了2A14铝合金淬火过程材料模型。基于在线测量2A14铝合金淬火过程的温度变化数据和XRD测量淬火后的残余应力数值,通过反传热法计算了C形环试样淬火过程的表面换热系数,并通过模拟计算了C形环试样淬火过程的温度、应力和开口距离变化。结果表明,淬火后C形环开口距离增加量的仿真计算结果为0.1158 mm,实际测量结果为0.1657 mm。仿真计算结果与实测结果吻合。

复杂地应力场反演优化算法及研究新进展

地应力是采矿工程和岩土工程设计与动力灾害防治的重要依据.地应力场反演是基于现场个别离散点应力测量结果,采用数力方法对目标区域的地应力分布的推算和拓展.本文系统介绍了区域地应力场反演和构建方法,重点阐述了他们的学术思想、应用领域以及优缺点,总结凝练了国内外学者在地应力反演算法和工程运用中作出的改进和创新,特别是非线性数理方法在地应力场反演应用中的新进展.本文提出了一种新的地应力场计算的非线性优化新算法——替代模型加速优化算法,该方法能够保证高精度、快速获得全局最优解.为了适用大规模地应力场反演,发展了能产生降阶和特征提取作用的特征正交分解地应力反演优化算法.最后,提出面向深部岩石工程和地质灾害防治的地应力场研究发展方向.

高强钢轴心受压钢管整体稳定性承载力试验研究及数值分析

该文对焊接高强钢管稳定性进行了试验研究及数值分析。首先对Q690钢材进行了材性试验,其次对不同长细比的18根Q690焊接钢管轴心受压构件进行了整体稳定性试验,采用割环法测量了焊接钢管残余应力的分布。在试验研究的基础上,采用逆算单元长度法编制了考虑初始缺陷的高强钢管轴心受压构件稳定性分析程序,分析了6种不同长细比高强钢管的稳定性承载力。在试验研究和数值分析的基础上提出了高强钢轴心受压构件稳定系数计算公式,给出高强钢轴心受压构件的稳定系数表。数值与试验结果及规范的对比分析表明,该文得到的高强钢管稳定系数-长细比曲线分布合理,可用于高强钢轴心受压构件的稳定设计。