Minimum safe thickness of rock plug in karst tunnel according to upper bound theorem

High pressure and water-bearing caverns ahead of a karst tunnel face tend to cause geological disasters, such as water and mud bursts. So, the determination of safe thickness of the reserved rock plug is a key technical problem to be solved for karst tunnel construction. Based on the Hoek-Brown nonlinear failure criterion, the minimum safe thickness of rock plug was investigated in the light of the limit analysis theory. On the basis of the proposed failure mode, the expression of the minimum thickness for rock plug was obtained by means of upper bound theorem in combination with variational principle. The calculation results show the influence of each parameter on safe thickness and reveal the damage range of rock plug. The proposed method is verified by comparing the results with those of the drain cavern of Maluqing Tunnel. The research shows that with the increase of compressive strength and tensile strength as well as constant A of Hoek-Brown criterion, the safe thickness decreases, whereas with the increase of cavern pressure, tunnel diameter, and constant B from Hoek-Brown criterion, the safe thickness increases. Besides, the tensile strength, or constants A and B affect the shear failure angle of rock plug structure, but other parameters do not. In conclusion, the proposed method can predict the minimum safe thickness of rock plug, and is useful for water burst study and prevention measures of tunnels constructed in high-risk karst regions.

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度H_(min)与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_(w)、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_(min)影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_(w),其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_(min)变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_(min)理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。

高海拔地区配网带电作业安全距离探讨

随着用户对供电可靠性要求的提高,市政迁改、用户接火等工作采取“能转必转,能带不停”的方式,但是在海拔4500 m以上的地区开展配电带电作业缺乏相关技术标准,开展带电作业次数相对较少,因此结合低海拔地区配网带电作业成熟的研究成果以及常用海拔校正方法,对3000~5000 m范围内配网带电作业最小安全距离做了分析。

圆形降落伞最快下降系统设计

为确保配有圆形降落伞的物体在空中定点下落时实现以最短时间安全落地,提出了一种降落伞在空中多次打开和关闭的下降方法,降落伞每次打开或者关闭都由控制系统控制;同时设计出了适合圆形降落伞空中多次打开关闭的开关伞机械结构。在控制系统中,算法可以根据物体即将下落时的高度、圆形降落伞可承受的最大下落速度、圆形降落伞下落的安全速度,计算出物体需要打开或者关闭圆形降落伞的时间点,控制系统可以使圆形降落伞定时打开或者关闭。通过仿真得出了下落高度和下落速度情况,结果表明,所提方法可以确保配有圆形降落伞的物体在最短时间内安全着落。

基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型

针对现有的驾驶员不满度模型未考虑驾驶风格而导致换道决策难以适应不同类型驾驶员的问题,改进基于前车车速的驾驶员不满度模型,并结合基于椭圆车辆模型的最小安全距离模型,建立基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型.选取15个问题作为驾驶员行为问卷(driver behavior questionnaire, DBQ)调查内容,利用主成分分析和K-means聚类将驾驶风格分为激进型、谨慎型和普通型3类.设计驾驶模拟器试验,采集不同驾驶风格的驾驶员换道数据,得到不同驾驶风格的驾驶员不满度阈值.通过MATLAB/Simulink和Carsim仿真平台验证换道决策模型的有效性.结果表明:换道决策模型可根据驾驶员不满度正确产生换道意图,保证换道过程的安全性,同时还可以适应不同驾驶风格的驾驶员,使基于驾驶员不满度的换道决策模型更符合驾驶员的实际驾驶习惯.

基于信息扩散的隧道突水岩层安全厚度概率模型研究

通过虚功原理和莫尔库伦强度准则建立隧道最小安全岩层厚度力学模型,并推导计算公式,从公式看出最小安全岩层厚度受隧道半径、岩石内摩擦角度、掌子面前溶腔水压和黏聚力等因素影响。针对小样本信息不完备特点,基于信息扩散原理建立岩石力学参数(黏聚力、内摩擦角、弹性模量)和最小安全岩层厚度概率估计模型,以宜万铁路5个隧道的样本数据为基础,获取了岩石力学参数和最小安全厚度概率密度分布函数,并且绘制了图形。依据信息扩散原理建立的隧道最小安全岩层厚度概率模型能很好地利用样本数据信息。建立的最小安全岩层厚度概率模型可以应用到岩溶隧道突涌水灾害的风险评价中,对设计和施工有一定参考价值。

盾构地铁隧道穿越电缆隧道扰动规律研究

在邻近地下电缆隧道处进行地铁盾构施工,周围土体受到扰动,土体应力重分布进而导致电缆隧道产生位移,结构破坏变形。为研究盾构隧道穿越对电缆隧道的扰动规律,从盾构隧道和电缆隧道的空间位置关系、净距及电缆隧道的截面尺寸3个方面进行大量数值模拟,得出不同工况下的受力和变形曲线,在此基础上对电缆隧道的环形和纵向安全系数进行验算,并得到随间距变化二次衬砌与结构最小安全系数的关系曲线,从而提出了两种工况下施工安全保护距离。研究得出以下结论:(1)电缆隧道的竖向位移与纵向拉应力随间距的减小而增大,随截面尺寸扩大,电缆隧道承受的纵向拉应力随之扩大,产生的沉降值减小;(2)二次衬砌结构最小安全系数随间距的减小而减小,随截面尺寸的扩大而减小;(3)相同条件下,斜下45°平行侧穿的安全保护距离要小于垂直下穿工况,安全性更高。

半波振子结构在井下5G辐射场中的安全性分析

GB 3836.1-2021《爆炸性环境第1部分设备通用要求》规定,爆炸性环境中射频设备的射频阈功率不得大于6 W,该规定引自欧盟标准,缺乏试验验证,严重制约了5G技术在煤井下的应用。为了重新评价矿井5G通信设备辐射电磁波能量的安全性,分析得出金属结构耦合电磁波产生放电的形式应为低压分断电路电弧放电;分析了金属结构耦合电磁波产生的放电能量,选择最易耦合电磁波的半波振子结构为研究对象,通过比较得出等效半波振子等价直流放电电路产生的放电能量大于等价高频放电电路产生的放电能量,从而将分析金属结构耦合电磁波放电的安全性转换为分析金属结构的等效半波振子天线等价直流放电电路的安全性。选择直流本安电路的安全性判别原则来判断等效半波振子等价直流放电电路的安全性,通过计算放电功率和能量,得出5G射频设备辐射功率不大于10.5 W时,将不会点燃爆炸性的瓦斯气体,因此,可将5G通信系统射频基站的安全辐射功率提高到10.5 W。

多碍航物水域救援船路径规划方法

为提升救援船在复杂环境中的适用性,基于安全距离约束法和改进蚁群算法,提出一种救援船路径规划方法。首先,根据救援船的初始位置和目标位置确定目标水域范围,运用栅格法将水域环境划分为可航水域和不可航水域,并通过安全距离约束的方法保障救援船与碍航物间的最小安全距离;然后,优化信息素初始浓度、启发因子和挥发因子,设置期望值启发因子和距离启发函数,改进蚁群算法,提升算法搜索的目的性和快速性,并将其运用于栅格地图中,规划救援船的路径;最后,选取舟山群岛附近水域作为试验水域,以东海救102救援船为试验船舶进行验证。结果表明:与传统方法相比,所提出的救援船路径规划方法收敛速度更快,且给出的路径长度更短,转向点更少,运行时间更短;该方法能够克服救援船路径规划过程中面临的收敛速度慢和局部最优问题,增强鲁棒性。

内河船舶“零排放”政策下生活污水贮存柜技术规范研究

针对内河船舶全面实施“零排放”后生活污水贮存柜在加装、改造时的容量争议,附属设施配置不规范,检查标准不统一等问题,通过MATLAB对调研数据拟合分析,得出推算公式。以最低安全配员为计算基准,明确规范建造舱容大小,并提出了粉碎泵、液位检测、排岸计量、控制箱等附属设施的规范建议以及生活污水贮存柜维护保养要求。

高原航线发动机失效应急飘降程序设计研究

随着高原航线的不断开航,如何确保飞机航路巡航过程发生发动机失效后的飞行安全是各航空公司面临的新问题。以空中客车A319-115执行“日喀则/和平—北京/首都”航线为样本,使用飘降净升限检查航路最低安全高度判断安全超障的方法,完成巡航中出现一台发动机失效后飘降程序的设计,并定义机组操作步骤。结果表明:高原航线对飞机性能要求很高;设计有效、易操作的发动机失效应急飘降程序和机组操作步骤对高原飞行安全有积极的作用;应急飘降程序必须满足飞机越障的要求;对于航程较长的高原航线可以采用分航段的形式完成应急飘降程序的研究。研究成果对类似高原航线的安全飞行具有参考价值。

金属振子结构在矿井5G辐射场中的安全功率分析

煤矿井下存在瓦斯等易燃易爆气体,5G无线通信系统基站天线辐射出的电磁波被井下金属结构吸收,在金属结构断点处产生放电火花,当电火花能量达到瓦斯气体的最小点火能时可能发生爆炸,限制了5G技术在煤矿井下的应用。为了评估5G无线通信基站射频功率的安全性,通过分析金属结构耦合电磁波的方式,得到射频功率、最大辐射场强与距离的关系;以最小点火能为安全判定标准,得出天线负载的接收功率小于2.625 W时,可确保不会引起瓦斯爆炸;分析得出煤矿井下应优先选择700 MHz作为5G工作频段;通过分析方向性系数,得出应选择臂长与波长比为0.65的对称振子天线金属结构进行研究,对称振子天线金属结构安全电场强度为202.9 V/m,最小安全距离为0.2 m。仿真结果表明:在距离发射天线小于0.2 m的区域电场分布极不均匀,在距离发射天线大于0.2 m的区域电场分布较均匀;在距离发射天线大于0.2 m的区域导致瓦斯爆炸的最小射频功率为27.45 W。

大型吊装工程中水上钢栈桥结构设计分析

钢栈桥一般用于过渡性临时工程,具有布置灵活、安拆方便及重复使用等特点,在水上、跨线施工等特定环境下得到广泛应用。以200 t履带式起重机在水上钢栈桥上进行箱梁的吊装为工程背景,采用有限元法分析了49种钢栈桥平台的使用工况,得出了履带式起重机在钢栈桥上的最佳站位点和安全站位区间,并定量分析了钢管桩的最小入土深度,取得了较好的效果。

隧道掌子面与不利地质结构最小安全净距分析

隧道穿越不利地质结构施工时掌子面极易发生坍塌,故通常对其进行注浆加固,这其中如何确定隧道掌子面与不利地质结构最小安全净距是亟需解决的核心问题。首先基于朗肯土压力理论概化出岩板可能存在的模型,进而分析掌子面的应力状态;结合抗拉和抗剪强度理论,推导出掌子面岩板在不同约束模式下的最小安全净距解析解;最后,以天峨县穿越破碎带的岗岭坡隧道为依托,研究了在破碎带不同高度、宽度以及倾角条件下,掌子面距不利地质结构的最小安全净距的变化规律,验证推导的理论解其可靠性和可行性。结果表明:(1)最小安全净距随破碎带高度和宽度的增加而增大,随着破碎带倾角的增加而减小;(2)台阶法开挖时,最小安全净距随台阶高度增加而增大,减小隧洞直径可以有效减小安全距离。(3)不同方法得到的最小安全岩板净距大小依次为:弹性厚板理论>本文方法(固支)=线性Mohr-Coulomb准则>本文方法(简支)=突变理论。相关研究成果可为隧道穿越破碎带的设计与施工提供理论基础。

车联网环境下车辆主动避撞决策方法

结合驾驶员避撞行为特征和车联网信息获取优势,设计了车辆主动避撞决策。通过分析车辆制动过程得到临界制动距离,利用自车不同制动强度建立车辆纵向分级制动模型。在制动过程中加入不满累积度作为产生车辆换道意图的依据。基于Python和SUMO搭建了联合仿真平台,进行仿真验证。结果表明:在高速行驶环境中,与ITTC制动模型相比,文中方法能减少车辆制动跟随时间和换道次数,做出合理换道判断。

非自航工程船舶船员配备管理研究

通过分析非自航工程船舶的配员现状、风险隐患和事故案例,发现其船员配备与管理方面存在的问题,并从国家、船东、海事三个方面提出针对性建议,以期提升相关船舶安全营运与防污染管理水平。

降凝剂在渤海某油田群原油海管输送中的应用效果评价

渤海南部某油田群通过A油田将原油输送至陆地终端。A油田外输海管所输送的是多井混合油品,由于油品的性质极其复杂,原油胶质、沥青质、蜡含量较高,凝点较高,且输送距离较远,致使管道在投产及运行中存在一定困难。通过在A油田进行多次研究试验,调配出了合适的降凝剂,解决了海管运行中输送油品凝点高的问题,降低了海管最小输送量的限制,切实防止了凝管情况的发生。

特高压交流输电线路平台法直升机带电作业安全间隙距离试验研究

为了给直升机应用于特高压交流(UHVAC)输电线路带电检修工作提供参数依据,确保平台法直升机带电作业的安全开展,利用全尺寸模拟直升机布置了平台法带电作业过程中的典型作业工况,开展了1 000 k V输电线路带电作业间隙操作冲击放电试验,获取了各典型工况下的带电作业间隙放电特性,明确了直升机进入等电位过程中的最低放电位置,根据交流输电线路带电作业安全距离的计算方法,保证作业危险率<10-5,得到了在海拔高度≤1 000 m地区的特高压交流输电线路平台法直升机带电作业最小安全间隙距离,即相地最小安全距离为6.8 m,相地最小组合间隙为7.3 m,相间最小安全距离为9.2 m,相间最小组合间隙为9.5 m。

钻爆施工条件下岩溶隧道掌子面突水机制及最小安全厚度研究

岩体裂纹的水力劈裂破坏是岩溶隧道突水灾害发生的主要影响因素之一。从断裂力学角度分析了在钻爆施工条件下爆炸应力波对含水裂纹岩体扩展的影响,结果表明爆炸应力波通过增大孔隙水压力影响裂纹扩展模式;通过建立的岩体含水裂纹扩展计算模型,推导了在爆炸应力波作用下裂纹发生压剪扩展破坏时的临界水压力Pc,并被实例所验证。基于理论分析、数值试验及工程实例,得出了岩体含水裂纹压剪扩展破坏突水存在滞后效应,施工人员可利用这一特点,在发生突水灾害前,及时停工并迅速撤离,保证人员与机械设备的安全。最后,通过对岩溶隧道掌子面与高压含水体之间裂隙岩体的防突最小安全厚度的研究,提出"两带"理论,推导了合理反映爆破开挖扰动与水压作用下裂纹岩体最小安全厚度计算公式,并为工程实例所验证,其结果可为高风险岩溶地区隧道突水预测及防治提供理论依据。

城市工况下最小安全车距控制模型和避撞算法

鉴于传统安全距离模型适应性差、模型参数须预先确定和车距控制偏差大的缺陷,提出一种最小安全车距控制模型和避撞算法.通过视觉和雷达传感器实时监测前方车辆,针对前方车辆行驶状态和不同类型车辆制动性能差异,给出相应的安全距离估算模型、最小安全车距控制模型与算法;为了保证车距控制精度,采用周期闭环控制方法.该算法应用于奇瑞智能自主跟车系统,经过2 种工况、5 种初始车速和2 0 0 0 次的城市道路试验.结果表明最小安全车距均保持在1 - 2 m内,控制偏差精度在依0. 5m内.该算法在各种城市工况下均具有很较高的车距控制精度,能有效提高车辆的主动安全性、驾乘舒适性和道路行车利用效率.