基于岩体力学参数的巷道锚杆支护应力数值模拟

为对煤矿巷道提供安全保护,本文提出基于岩体力学参数的巷道锚杆支护应力数值模拟。确定锚杆支护应力边界参数,通过曲线拟合与回归方程等计算方法获取导水破坏深度,确定初始应力场:自重应力场与构造应力场。确定岩体力学参数,获取煤矿巷道锚杆支护应力数值模拟模型构建的基础数据。通过ANSYS软件,实现锚杆支护应力的对应数值计算与模拟。结果表明煤矿巷道锚杆支护应力数值模拟方法的变形特性和应力特征模拟准确率最高分别可达98.24%和99.86%,可以实现变形特性模拟的高度贴合,并对锚杆支护的应力特征进行准确模拟,为煤矿安全提供理论基础。

预应力锚索的三维数值模拟及其应用研究

预应力锚索加固作为岩土工程的一种主要技术已得到日益广泛的应用,但现有的数值模拟方法却不能很好地反映这一实际加同效果。根据预应力锚索中自由段和锚固段不同的作用机理,建立了一种新的能够施加预应力的三维数值模拟方法。具体说来就是,锚固段采用空间杆单元来模拟,而自由段则采用一种三维杆单元,即只允许轴向变形、具有一个白由度、2个结点的线单元,其特有的双线性刚度矩阵只能承受单向拉伸或者单向压缩,而不能承受弯矩;当该单元选择单向拉伸时,单元一旦受到压力,则刚度矩阵自动被删除,这个特征能够很好地模拟钢索类问题。在此基础上,分析研究了在预应力的作用下锚索和岩体的受力变形特征及其影响因素,揭示了预应力锚索锚同的效果与机理。最后,将其应用于工程实践中,验证了该方法的有效性。

渝东南彭水地区页岩储层构造应力场模拟解析

渝东南彭水地区自中新生代以来,构造变形作用复杂,精细解析古构造应力场的方向与构造演化时序,对彭水地区地应力进行定量表征,对整个彭水地区甚至整个渝东南地区页岩气的勘探和开发都具有重要的指导意义。通过对彭水地区以及周缘野外节理和断层擦痕进行统计分析处理,结合流体包裹体均一温度和磷灰石定年方法,重建研究区古构造应力场演化过程。同时,应用Abaqus对五峰组-龙马溪组页岩储层两期古构造应力场的应力值进行了定量计算。结果表明,渝东南彭水地区主要经历了两期构造作用,中燕山期,受到江南隆起SE-NW的递进扩展作用;晚燕山期-喜马拉雅期,青藏高原的隆升在研究区引起NE向的挤压。构造应力场数值模拟显示,最大主应力的高值区主要分布在向斜核部、断裂带末端和断层交汇处。应力数值模拟是研究裂缝发育程度以及深层压裂效应的基础,能够有效提高钻探的成功率。

拉丝机卷筒应力应变的有限元数值模拟

卷筒作为拉丝机的重要承力部件,其刚度和强度对卷筒的设计具有重要的指导意义。结合拉丝机卷筒自身结构特点和实际承载情况对模型进行简化,建立有限元分析模型,选取合适的网格划分单元,对模型施加约束和载荷,通过计算得到仿真后卷筒位移和应力大小的分布情况,其中卷筒的最大位移为0.309 22 mm,最大应力为175.01MPa,从材料力学角度求出卷筒的安全系数为1.14,通过分析有限元数值模拟后的结果对卷筒设计提供优化建议和科学依据。

三维有限元数值模拟在DZ区块地应力连续剖面建立中的应用研究

DZ区块储层岩基质孔隙度、渗透率低,孔隙结构差,储层非均质性强,具有明显的非层状、地层地应力状态不明确等特点,针对该区域储层气藏特征与开发现状,在岩石力学参数以及地应力测试的基础上,应用三维有限元数值模拟方法,对该区域储层进行三维地应力场反演计算,从而建立该区块储层地应力连续剖面。

三维构造应力场数值模拟在地质学中的应用

三维构造应力场数值模拟是近20年来兴起的新技术,是地质学中实现定量化研究的途径之一。本文运用ANSYS有限元程序,以鲁西地区为例,对区域三维构造应力场数值模拟方法进行了探索,从而为地质学问题的定量化评价提供了一定的理论依据。

Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟

采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言模拟计算了Monel-400合金环焊温度场。绘制出焊缝熔合线及其附近的热循环曲线,将热分析得到的节点温度作为体载荷进行应力场的数值模拟计算。结果表明:外表面节点x方向的应力刚开始时为拉应力,12 s后转变为压应力,而中间节点和内表面节点x方向的应力始终为压应力,并大于外表面的应力值;外表面节点在y方向的应力为175 MPa,该应力值是屈服强度的76%,中间节点和内表面节点的最高应力为拉应力z,方向的应力分布规律与x方向的应力分布基本相同。

黄岛地区NW向断裂构造应力场数值模拟

以野外踏勘实测数据和前人构造物理模拟实验为基础,分析黄岛地区NW向断裂的分布及活动特征,为建立构造应力场数值模拟模型奠定基础。黄岛地区断裂构造自晚侏罗世开始,发育NE、NNE、NW、EW等多个走向。其中NW向断裂在继承先期构造特征的基础上,受新的构造应力场环境影响,出现新的活动特征。运用ANSYS15.0软件对黄岛地区3条NW向断裂构造的发育特征和演化史进行反演模拟,结果表明:黄岛地区自晚侏罗世以来构造活动强度先后经历强—较强—弱的演化过程,最大主应力方向为NW向;形成机制上主要受控于NW-SE向主压应力场,断裂活动时间约为69 Ma。构造应力场数值模拟结果半定量—定量恢复NW向断裂的古构造应力场发育与演化,具有重要的理论与实践意义。

应用地应力模拟技术研究断块区剩余油分布

应力场数值模拟不仅能够重塑出不同阶段地应力场,而且还可以定量-半定量地预测破裂的发生、裂缝的方向和密度,进一步探讨时间和空间上油气运移的规律,为油田勘探、开发提供必要的依据。本文以大庆萨北开发区北二西断层区为研究对象,通过应力场数值模拟研究了流体运移势场与剩余油分布的关系、流体运移与构造应力的关系、裂缝形成与剩余油分布的关系,确定了剩余油分布的有利区域,为油田注采系统的设计、部署和油田开发及措施调整提供了依据。

混凝土双轴力学性能的细观数值模拟

目前混凝土和钢筋混凝土建筑物多是以单轴强度为标准设计的,但实际上,大多数建筑物均处于多轴应力状态。文中从细观层次上分析了混凝土的内部结构,对混凝土试块在双轴应力作用下的力学特性进行了较为全面的随机骨料模型数值模拟。试验成果表明,试件的双轴强度与单轴强度相比有显著区别,而且与应力比有很大的关系,混凝土的非均质性表现的更为突出。通过模拟试件在双轴应力作用下的强度包络图可以看出,常规混凝土的薄弱环节是骨料与砂浆基质之间的粘结面,裂纹沿界面扩展并最终导致试件的破坏,这与室内实验所得结果是相似的,试件的破坏形态也基本与实验中观察到的一致。因此在结构设计中如果考虑到这些情况,则可以避免浪费材料或者受力考虑不足造成结构处于危险状态。

焊接凝固裂纹的数值模拟与预测

研制了一个焊接凝固裂纹数值模拟软件系统。该软件系统可以模拟和预测二维焊接构件是否产生焊接凝固裂纹。首先,系统的前处理部分可以帮助用户对工件进行网格剖分,计算电弧热输入,计算焊缝金属的单元“死”、“活”时间,输入材料性能参数并生成输入卡片。其次,依据生成的输入卡片,该软件系统可以连接Adina&t有限元软件,并对焊接凝固裂纹的温度场和应力、应变场进行模拟计算。然后,系统的后处理部分可以对计算的数据进行处理,并把处理后的结果以平面曲线、云纹图和三维立体图的形式提供给用户。最后,系统还可以把横向可调拘束试验得到的材料的凝固塑性曲线处理、回归成材料的凝固裂纹阻力曲线并将其与计算得到的材料的凝固裂纹驱动力曲线放在同一图形中进行对比,通过对比可预测焊接过程中是否产生凝固裂纹。该软件系统主要采用Visual Basic语言研制,并利用Matlab和Matrix VB软件中的图形函数和矩阵运算函数实现图形的显示。

建设用地地灾危险性评估的数值模拟研究

针对目前常规地质灾害危险性评估方法在处理复杂地质条件,尤其是在复杂地质条件下对建筑边坡的评价过程中的不足,对该条件下的地质灾害危险性评估方法进行探讨。以具体的工程实例为基础,利用FLAC3D软件对边坡在天然状态和施工开挖过程中岩土体的应力场与位移场进行模拟,分析评价边坡的稳定性和变形破坏的主要影响因素,并与目前地灾评估中常用的边坡评价方法进行比较。通过将两种结果与现场实际情况的对照发现,数值模拟方法在处理复杂地质条件下建设用地地质灾害危险性评估过程中具有更高的准确性,值得推广。

浅埋偏压连拱隧道施工数值模拟分析

针对浅埋偏压连拱隧道,采用中导洞施工方法,对浅埋偏压连拱隧道的两种不同施工顺序(先挖深侧后挖浅侧或先挖浅侧再挖深侧)进行数值模拟,分析两种不同施工顺序下围岩应力、位移,中墙应力、位移及初期支护内力、位移的变化值,得出"先浅后深"施工顺序优于"先深后浅"施工顺序。

顶头等离子喷涂过程数值模拟

应用ANSYS有限元分析软件对穿孔顶头等离子喷涂及冷却过程进行有限元分析。建立模型时,采用厚度方向双层叠加来模拟真实的喷涂及沉积过程,得到了以Al_2O_3为涂层材料,喷涂过程中及冷却后穿孔顶头的温度场和应力场分布。通过该模拟,可以掌握穿孔顶头在等离子喷涂及冷却过程中的温度及应力变化规律,为优化制备穿孔顶头提供参考依据。

地应力预测技术的研究现状与进展

页岩储层为低孔低渗岩石,须经过大规模的压裂改造才能够获得商业产能,而地应力是进行压裂改造的关键因素,它在油气勘探领域具有重要的作用,不仅是油气运移的驱动力,而且能为井壁稳定性分析和钻井优化设计等提供依据。在油层改造过程中,地层地应力场的状态和岩石的力学性质决定了压裂的裂缝延伸方向、形态和方位,影响着压裂的增产效果。对地应力预测技术进行了归纳总结,分别从地应力测量方法、地应力测井计算方法、地应力数值模拟方法及地应力地震预测方法四个方面介绍了地应力的研究现状。不同的地应力预测方法反映了不同方面的地应力信息,有着不同的适用条件和预期成果。着重介绍了地应力的地震预测方法,该方法可以得到三维地应力剖面,对地应力的地震评价有着重要的意义。最后对地应力地震预测方法的发展前景进行了展望。

东辛地区营26断层变换带形成机制模拟

为了分析叠覆型断层变换带的形成机制,揭示变换带内断裂体系的发育规律,根据区域应力机制设计相应的张扭及底辟复合作用实验装置,从湿度不同的砂、黏土及砂泥混合物中选取微湿的细砂作为实验材料,并与应力场数值模拟相结合,对东营凹陷东辛地区营26变换带沙河街组沉积期进行构造物理模拟。结果表明:营1与营31断裂是沙河街组沉积前由NE10°的伸展作用同时形成的两条平行断裂,二者向两侧的伸展位移在叠覆带边缘诱导出一条与伸展方向呈50°斜交的张扭性变换断层,随着二者叠置程度的增大,变换断层的发育程度也增大。之后,区域性的右旋走滑运动形成一系列雁列式分布的变换断层,其优势走向与剪切应力场方向一致,后期的底辟作用加剧了断裂系统的复杂程度。断层的转折端、交汇和分叉处以及次级断层形成的局部小断块内,最大主应力和最小主应力差值较大,为低级序断层的优势发育区。另外,平面上斜交的剪切断层在不同方向的走滑活动造成的局部断块的掀斜运动加剧了低级序断层复杂程度。

利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法

准确获取深部地层地应力的方向和大小,对于井眼轨道设计、井壁稳定、压裂增产等具有重要意义。重点研究了利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法,提出结合测井资料分析采用数值模拟方法反演最大水平主应力大小的方法。研究表明:利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力大小的数值模拟方法可行,能够真实反映深部地层的应力环境、地层岩石的力学特性,比较准确地确定最大水平主应力的大小,且方法简单易行。

轨道交通深通风竖井围岩变形应力特征研究

依托重庆轨道交通某通风竖井施工过程,建立竖井开挖支护的过程的三维有限元分析模型,分析竖井开挖支护过程中围岩变形及应力特征。研究结果表明,竖井长边跨中水平位移、地表沉降明显大于短边跨中,围压最大、最小主应力皆在容许范围之内,且为压应力,最大剪应力出现在竖井底部边缘位置,大于围压的抗剪强度,施工过程中应加强支护。受竖井围岩侧压力变化特征的影响,在竖井深度60~70m范围围岩位移发生“S”形反弯。

安全壳极限承载力中预应力的数值模拟

某核电厂的安全壳采用了预应力混凝土结构,其中预应力钢束布置形式比较复杂。结合安全壳结构极限承载力项目,根据安全壳预应力钢束的特殊布置形式,对钢束的几何形状进行研究,推导出了钢束的空间几何曲线方程,采用MATLAB对预应力钢束进行了数值计算,完成了ABAQUS有限元模型中钢束的定位和建模工作,计算每根钢束各个位置的预应力值,并完成了加载工作。通过已有的数据可以验证,钢束定位和预应力计算结果具有较高的精度。所述的方法对于安全壳的预应力设计和施工也有较大的指导意义。

采动影响下巷道稳定性的模拟研究

巷道稳定性受工作面采动的影响，停采线的位置在一定程度上决定了巷道的稳定性。针对平朔煤炭工业公司安家岭井工矿4#和9#煤层联合开采的特点，利用相似材料模拟和数值模拟两种手段研究T9#煤层开采对4#煤层工作面三条大巷的采动影响规律，模拟结果表明：9#煤层开采到距辅运大巷110m时，4#煤三条大巷的最大主应力已经超过峰值，过大的位移导致巷道两帮凸起和倾斜，辅运大巷与主运大巷的塑性区贯通，煤柱的承载力开始弱化。因此提出停采线与辅运大巷的合理距离要大于110m，以保证4#煤三条大巷的稳定性。