可压缩边界层与混合层失稳结构的研究进展及其工程应用

本文回顾了可压缩边界层与混合层中失稳结构及其应用的研究进展.这些工作包括人们对高超声速平板边界层失稳特性、高超声速圆锥边界层转捩攻角效应的产生机制和可压缩混合层失稳特性的研究认识,以及这些相关认识的3个应用方向.这些相关工作丰富了人们对高速流动转捩和湍流拟序结构的认识.

一种边坡失稳结构三维检测模型的研究与应用

引入GIS空间数据,完成矢量数据与栅格数据之间的转化,分析钻孔信息,完成地层划分,利用时间序列,设计边坡位移时序分析遗传进化流程,描述工程边坡的失稳结构,预测边坡位移的演化特征。实验结果表明,设计模型得到的临界滑裂面滑动趋势、形状与位置合理。

大倾角放顶煤上覆岩层结构失稳力学机理研究

为研究大倾角放顶煤上覆岩层活动规律,以唐山矿0291工作面为对象,通过分析大倾角工作面上覆岩层顶板结构失稳过程,得到上覆岩层产生压裂性失稳后向高位转移的判别条件。研究结果表明:在0291工作面的砂岩顶板中,上位岩层的挠曲下沉虽会伴随裂隙及离层发生,但在结构失稳前几乎保持层面水平运动;上覆岩层的岩性与挤压角是保持上覆岩层结构稳定的主要因素,且挠曲下沉量与挤压角的增大会使结构更易发生压裂性失稳;上覆岩层回转角与挤压角的正比关系是上覆岩层结构产生压裂性失稳后向高位转移的关键,当结构产生压裂性失稳垮落后采空区得到不断充填,高位岩层的回转角与挤压角变小,结构开始趋于稳定状态。

深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。

煤岩组合结构失稳滑动过程的实验研究

为了研究结构失稳型冲击地压机理,依据双面剪切实验模型设计了砂岩-煤组合试样在不同轴向荷载下的滑动摩擦实验,运用数字相机和声发射记录仪搭建了声光监测系统,克服以往煤岩摩擦实验不易进行位移观测的难题。实验研究了煤岩组合样本失稳滑动的产生条件、特定条件下的滑动类型、位移演化规律以及滑动过程所伴随的声发射特征。实验发现:组合结构的滑动形式与轴向荷载具有相关性,轴向荷载越大,越易于出现失稳滑动;失稳滑动前无明显的位移征兆,失稳滑动后,滑动位移快速增长;产生滑动时的剪切应力峰值与轴向荷载呈正相关性,而失稳滑动产生的位移量与轴向荷载无相关性,本次实验一次失稳滑动产生的最大滑动位移为35.5μm,最小为5.6μm;试件滑动前有较为密集的声发射事件出现,稳定滑动后,声发射数降低。实验模拟了结构失稳型冲击地压的发生过程,并对于认识断层活化,以及煤体克服顶底板夹持作用突然滑出的物理过程具有重要意义。

多采空区下坚硬厚层破断顶板群结构的失稳规律

为弄清多采空区下坚硬顶板群结构的破断失稳对工作面矿压的影响,根据大同矿区多采空区坚硬厚层破断顶板群的赋存条件,采用理论分析、相似模拟实验和现场实测分析相结合的研究方法,对多采空区破断顶板群结构的失稳规律及其对工作面来压的影响进行了研究探讨。研究表明,多采空区下坚硬厚层破断顶板群结构的失稳具有一定的概率特征;采用威布尔多参数分布函数对破断顶板群结构的失稳形式具有很好的描述,并建立了近距离煤层群多采空区顶板群结构的失稳模型,确定了大同矿区坚硬顶板群结构的失稳参数,得到了侏罗系煤层群顶板结构的失稳率;通过对大同矿区永定庄煤矿15号煤层端头及中部位置矿压和支架阻力的实测分析表明,工作面上方破断顶板群结构的失稳率与工作面支架阻力大小具有相关性,验证了工作面坚硬厚层破断顶板的失稳规律。

水库大坝结构失稳突发事件预警阈值研究

首先阐述水库大坝突发事件的含义与分类,对水库大坝结构失稳突发事件的突变特征进行了探讨;其次以安全监控模型的时效分量为警兆信息,基于突变理论,建立了时效分量的突变模型;最后,结合遗传寻优算法,提出水库大坝结构失稳突发事件预警阈值的确定方法。工程案例表明,该方法切实可行。

混凝土材料断裂过程中声发射空间自组织演化特征及其在结构失稳预报中的应用

利用声发射定位检测技术 ,对混凝土材料在三点弯曲断裂过程中 ,声发射事件的空间分布规律进行了观测。通过给出的声发射事件的位置熵函数 ,可以对这种空间演化规律进行定量描述。结合三点弯曲实验 ,对声发射空间演化规律同临界断裂的关系进行了分析。试验结果表明 ,混凝土试块在三点弯曲过程中 ,相应的声发射过程的空间自组织程度 ,随着应力状态的变化而变化。声发射空间位置熵的急剧下降 ,预示着宏观断裂的来临。

TiAl基合金在快速加热循环热处理过程中的结构失稳

观察了快速加热循环热处理过程中发生的4种结构失稳现象:形成二次层片组织、原始层片球化、晶界处非连续粗化、相界形核。通过比较连续加热与等温加热条件下的相转变开始线,探讨了连续加热与等温加热条件下结构失稳机制的异同。提出了快速加热循环热处理过程中避免结构失稳的途径:确保合金成分均匀,使各区域相变温度一致;使最高温度下的保温时间尽可能短。

磁脉冲成形板坯动态结构失稳力学分析

为揭示磁脉冲成形过程中板坯的塑性失稳机制,基于板坯磁脉冲拉伸成形工艺试验,结合板坯在脉冲电磁力作用下的变形特点,对板坯在动态加载条件下的结构失稳行为进行了力学解析。结果表明,脉冲电磁力作用的板坯动态变形过程中惯性力的影响显著。惯性力作用下,板坯变形依次经历脉冲力加载和惯性运动两个典型阶段,其动态塑性变形符合初期塑性变形伴随着动能的吸收、后期塑性变形产生于动能的耗散模式。惯性力的存在使得板坯对自身的结构失稳具有自我抑制作用,有助于分散变形,提高板坯的塑性。

坚硬覆岩的结构失稳运动规律及其对冲击地压的影响

为研究坚硬覆岩的结构失稳运动规律,以耿村煤矿13200工作面为工程背景,构建坚硬岩层失稳结构模型,对坚硬岩层结构特征、结构形成条件、结构失稳尺度、结构失稳释放能量等进行了分析,并分别给出了相应的计算公式,确定坚硬岩层失稳对冲击地压的控制作用。研究结果表明:13200工作面低位和中位坚硬岩层下方存在自由空间,具备结构形成的条件;高位坚硬岩层下方无自由空间,不具备结构形成的条件。根据13200工作面钻孔柱状及其物理力学参数确定了其上覆岩层关键层个数和所在层位,并对该工作面坚硬岩层结构失稳尺度和失稳能量释放进行了计算,计算结果表明:在13200工作面回采期间,低、中位坚硬岩层初次失稳和周期失稳的释放能量均超过冲击地压发生的临界能量,是工作面发生冲击地压的主要影响因素;高位坚硬岩层上部的巨厚砾岩不会出现垮落失稳而释放冲击能量,不直接控制冲击地压的发生,是工作面发生冲击地压的次要影响因素。确定了13200工作面坚硬岩层结构失稳的防治措施,关键是通过减小低、中位坚硬岩层结构失稳尺度和失稳后释放的能量,以降低冲击地压的发生几率。研究结果可为其他具备类似坚硬岩层条件矿井的冲击地压控制提供重要参考。

冲击地压灾害结构失稳机理的组合体试验研究

煤矿冲击地压的发生机理极其复杂,是煤岩体非线性破坏、失稳矿山压力显现的总称。在分析煤岩体破坏机理和采动影响的基础上,应用能量积聚-释放诱发冲击地压的原理设计了煤岩体组合力学模型及模拟煤岩体突出的结构失稳加载试验系统试验,并配制、筛选大变形突出倾向性相似材料等方面进行了组合体结构加载失稳试验,获得了煤岩结构失稳与位移突出的特征。试验表明:组合体试件在加卸载过程中和破坏失稳时表现为稳定态能量积蓄、非稳态释放特征,是应力环境、材料强度与结构等多种因素影响的非线性动力学过程。

暴雨入渗对复合岩体塌陷区结构失稳的影响

利用位移、应力、能量耦合监测技术,分别对渗流大小、沉降量、声发射特征参数等之间的关系进行统计,全面分析渗流对坚硬复合岩体支护的塌陷区围岩结构动力失稳的影响.研究表明, 在渗流的作用下,塌陷区不稳定程度加剧,通过声发射监测特征参数可以初步分析渗流与塌陷区结构失稳之间的演化关系.

势能面拓扑结构失稳与A+B_2反应途径分叉条件

In this paper, we analyse the classifications of critical points on PES with differential dynamics methods, poin out that there are only three types of critical points:attracors, repelants and saddle points; and obtain the conditions of PES topological structures losing their stability （TSLS）. Finally, we obtain the conditions of TSLS and bifurcations of reactive paths on A+B2 reactive potential energy surface.

遗留煤柱下回撤通道高低位顶板联合失稳机理及控制技术

针对末采期工作面采出上覆遗留煤柱,近距离回撤通道高低位厚硬顶板易发生联合失稳而导致巷道强变形、设备难以安全回撤等的难题;建立了遗留煤柱高、低位坚硬顶板结构“联合失稳”力学模型;分析了遗留煤柱下开采时支架载荷变化情况,阐述了末采期遗留煤柱下高低位顶板发生联合失稳的风险来源;基于遗留煤柱顶板支承压力峰值分布区域与水力压裂裂缝扩展规律,结合低位基本顶断裂位置对回撤通道矿压显现影响,综合提出了“高位定向孔区域水力压裂+低位直孔局部水力压裂”的围岩结构优化控制技术,并在霍洛湾矿31107工作面进行试验。现场应用表明,提出的围岩优化控制技术可有效控制末采期高应力集中强动载,实现了回撤通道围岩稳定、设备安全回撤的目标。

倾斜厚煤层综放工作面煤柱-关键层结构失稳型矿震机理

采空区遗留煤柱支撑顶板导致厚硬关键层悬顶面积大幅增大,形成的“煤柱-关键层”结构失稳是诱发矿震和冲击地压灾害的主要原因。以新疆硫磺沟煤矿(4-5)06矿震频发工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、微震监测和现场调研等方法,研究了“采空区遗留煤柱-关键层”组成的覆岩空间结构特征,分析了采空区遗留煤柱应力演化规律和关键层力学结构特性,建立了非对称覆岩空间结构下采空区遗留煤柱应力分布估算模型和倾斜关键层极限跨度计算力学模型,揭示了倾斜厚煤层综放工作面“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生机理:采空区遗留煤柱支撑顶板形成“煤柱-关键层”结构,随着工作面开采范围增大,煤柱应力集中程度不断增加,当煤柱集中应力超过其极限承载能力发生失稳时,悬露关键层长度超过其极限跨度,发生破断失稳并诱发矿震和冲击地压灾害。据此建立了包含遗留煤柱整体失稳冲击倾向性指数和关键层极限跨距的“煤柱-关键层”结构失稳型矿震发生判别准则,并采用数值模拟和微震监测进行了验证。按照“有震无灾”的防治原则,提出了“煤柱-关键层”结构下工作面“减震-防冲”的技术措施,分析了工作面推采速度与大能量微震事件的关系,确立了降低工作面矿震能量和频次的合理推采速度为不超过3 m/d,保障了工作面的安全回采。

深井冲击地压特征及煤岩结构动力失稳分析

本文在总结开滦赵各庄矿(-1100m)发生的两次冲击地压特征的基础上,从材料强度破坏、结构失稳、能量释放理论,分析了千米深井高应力、强流变回采巷道冲击地压的发生机理,同时指出煤岩体结构动力失稳破坏的临界状态,是围岩渐进变形过程中细观裂纹突变、分叉形成不同力学特性的多介质组合体的结果,并对其脆塑性结构进行初步稳定性分析。最后总结了赵各庄矿冲击地压防治对策及经验。

结构失稳下采空区瓦斯运移规律研究

煤炭开采过程中,随着开采持续进行发生覆岩运动,上覆岩层在地应力作用下,发生结构失稳,由于存在失稳结构,在上覆岩层中形成裂隙场,赋存、游离状态瓦斯在地应力和瓦斯含量等条件影响下,发生瓦斯运移,瓦斯运移过程中,在工作面上隅角聚集,如果瓦斯抽采不及时,在工作面坚硬顶板发生坍塌、滑移过程中,坚硬砂岩发生摩擦可能引燃瓦斯发生爆炸。

某软土基坑复合土钉墙支护结构失稳分析与加固处理

针对软土地区,复合土钉墙支护在基坑开挖过程中出现失稳,详细分析失稳破坏原因,采取了拉森钢板桩加钢筋土钉等加固措施,起到了止水帷幕、限制土体滑移和隆起的作用;通过对事故原因的分析,以及应急加固措施,对类似工程提供借鉴意义。

大型工程结构失稳问题的数值模拟研究及预防措施

大型工程结构坍塌事故频发,结构失稳破坏是其主要原因。结构整体失稳往往是由于结构中个别构件发生强度、刚度及失稳破坏而引起。本文针对单个构件失稳破坏引发结构失稳问题,从理论计算和数值模拟两方面给出钢筋混凝土结构细长受压柱的临界荷载,分析结构失稳的原因并给出预防措施。