基于极限平衡理论的陷落柱防水煤柱留设研究

为有效治理含水陷落柱的导水致灾现象,以平朔井工一矿4108工作面为背景,根据井下实际地质生产条件计算防水煤柱极限平衡宽度,从理论层面初步确定防水煤柱留设宽度,同时利用UDEC软件对不同宽度的煤柱塑性破坏进行数值模拟分析。模拟结果表明:当煤柱宽度达到40 m时,煤柱内的屈服区和周边裂隙带基本保持稳定,根据煤柱稳定性对弹性区宽度应大于14 m的要求,防水煤柱宽度应留设40 m;在煤柱宽度与弹性区宽度关系上,煤柱内弹性区的宽度随着煤柱宽度的增加而增加,当煤柱宽度大于40 m时,煤柱内屈服区与塑性区的宽度已基本稳定。4108工作面采用设计的绕过陷落柱方案,优化了绕过陷落柱工序,有效降低了煤炭资源的损失。

5052铝合金成形极限预测及数值模拟

基于Nakazima半球凸模胀形实验,利用有限元软件建立其简化模型。分析了润滑条件、冲压速度和凹模圆角半径对5052铝合金成形极限的影响。结果显示:随着摩擦因数的增大,成形极限曲线(FLC)向下偏移,表明理想的润滑条件有利于板材在复杂工艺下的成形;增大冲压速度也使FLC呈现下降的趋势,即在不考虑实际生产效率的情况下,降低冲压速度可以改善材料的延展性;而增大凹模圆角半径使FLC向上偏移,提高了板料的成形极限。将模拟结果与实验结果对比,两者较高的吻合度验证了有限元预测的可靠性。

钢结构建筑异型节点极限承载特征多尺度非线性数值模拟

异型节点作为传递建筑结构内力的枢纽,满足受力要求是结构安全的重要保证。为了精准还原异型节点的力学特征,提出钢结构建筑异型节点极限承载特征多尺度非线性数值模拟方法。考虑几何结构、材料属性等因素,构建钢结构建筑异型节点的非线性有限元模型。模拟异型节点荷载施加过程,多尺度分析节点的受力机理。从抗剪和抗弯两个方面,计算异型节点的极限承载力,输出异型节点的极限承载特征数值模拟结果。结果表明,与传统数值模拟方法相比,优化设计方法的极限承载力模拟误差降低了1.88 N,本文方法的应用能够有效控制异型节点的失稳概率。

板料成形极限的理论预测与数值模拟研究

本文针对目前板料成形极限的实验、理论计算和数值模拟方法以及成形极限应力图的研究进展 ,进行了综述与分析 ,提出了通过数值模拟方法预测板料成形极限所存在的一些问题。认为找到一种能够尽量减少对外部条件的依赖 ,从而更本质地反映材料性能的方法。

极限平衡区顶煤自燃三维非均质动态数值模拟

为探究极限平衡区内顶煤自燃规律,利用Fluent软件对顶煤自燃进行数值模拟研究。通过对顶煤移动变形及自燃特点的分析,确定顶煤自燃过程的模拟为三维非均质动态模拟,并建立数学模型,给出相关参数及边界条件的确定方法。以恒大矿某工作面为例,对其顶煤的自燃过程进行数值模拟,并分析工作面风量及煤体耗氧速度与自然发火期之间的关系。结果表明:对计算区域进行模拟所得到的速度场、氧浓度场及温度场与现场观测结果及理论结果比较吻合;工作面风量对煤体自然发火期影响较小,而对高温区域中心点位置影响较大;煤体耗氧速率与自然发火期近似成负指数函数关系。

数值模拟与极限平衡方法在复杂边坡优化中的应用研究

露天矿山最终边坡角的设计是否合理,将对边坡的稳定性、矿山的生产安全和经济效益产生重大影响。结合一露天矿山的二期扩采需要,采用大型非线性固-流耦合FLAC数值模拟方法进行了边坡多种方案的应力场、破坏场、监测点位移、位移速度变化趋势等多种指标分析,并采用传统的极限平衡分析方法对数值模拟分析推荐的边坡设计方案进行稳定性计算,最后,综合分析得出最佳方案。研究表明,数值模拟方法和极限平衡方法相结合是进行复杂边坡优化的一条合理有效途径,该方法可为矿山提出安全、经济、切实可行的边坡设计方案。

基于突变理论的泥岩隧道稳定性及极限位移确定

为了分析第三系富水砂泥岩隧道的稳定性和极限位移的确定,应用突变理论尖点突变模型推导了隧道拱顶下沉的突变判别方程。采用数值模拟对隧道进行开挖,通过改变围岩应力释放系数,找出围岩相应节点塑性应变、速度和加速度的突变点,进而来判断隧道极限位移值。得出第一部开挖,围岩应力释放率为75%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为17.06 cm;第二部开挖时,围岩应力释放率为75%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为19.77 cm;第三部开挖时,围岩应力释放率为65%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为24.77 cm;第四部开挖时,围岩应力释放率为60%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为25.52 cm;第五部开挖时,围岩应力释放率为50%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为25.87 cm;第六部开挖时,围岩应力释放率为45%时,塑性应变加速度出现突变点,拱顶下沉为25.93 cm。

AZ31镁合金成形极限图的实验研究与数值模拟

利用Nakazima半球凸模胀形实验构建了AZ31镁合金在170、200和230℃温度条件下的成形极限图,分析了温度对AZ31镁合金成形极限的影响。利用有限元方法对AZ31镁合金在200℃温度下的胀形过程进行了数值模拟,并将所得模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,随着胀形温度的升高,AZ31镁合金的变形抗力不断降低,显著提高了其成形极限,并验证了AZ31镁合金的塑性从100℃快速上升,到200℃后上升变缓。数值模拟和实验研究的结果具有较好的一致性,证实了所构建模型的有效性。

U型Twin-PBL剪力键极限承载力的数值分析

根据端部承压混凝土可提高Twin-PBL剪力键承载能力的特点,提出一种新型的可用于装配式钢混组合结构的间断式U型Twin-PBL剪力键。通过3组推出试验试件的非线性数值模拟分析,研究了这种新型剪力键的极限承载特点和承载力。结果表明:U型Twin-PBL剪力键极限承载能力较普通承压型Twin-PBL剪力键有显著提高,且提高主要来源于端部混凝土承压面积增大,所以混凝土强度的提高对该剪力键承载能力影响明显,而孔中混凝土榫和贯穿钢筋两部分对承载力贡献无明显变化,故而通过修正端承压混凝土面积得到了这种剪力键承载力计算公式。研究结果为装配式钢-混凝土组合梁桥的间断式剪力键提供了新的思路。

基于极限平衡理论的上盘移动角预测研究

程潮矿区自建矿以来60余a,均采用无底柱分段崩落法开采。随着开采活动由浅至深,矿区地表已出现大面积塌陷。由于开采工作面不断向西区转移,上盘移动角也随之发生了改变,导致地表沉降范围扩大,部分重要构、建筑物将不再处于安全范围。基于此,利用极限平衡理论构建上盘移动角预测模型,并通过数值模拟的方法对其结果进行验证。结果表明:通过上盘移动角预测模型计算得到上盘移动角约为56°,数值模拟方法得到上盘移动角约为58°;2种方法得到的结果在误差允许范围内,该预测模型可以有效预测上盘移动角;同时,当开采至-600m水平时,上盘部分地表重要构建筑物可能存在安全隐患,建议采取相应措施。

地道桥下穿高速公路动态施工过程数值模拟

地道桥顶推下穿是一种高效且经济的解决路线交叉问题的施工方案,明确施工时地道桥的受力机理有助于优化设计,因此有必要对地道桥下穿过程进行模拟研究。文章以湖南省某公路地道桥下穿G4高速为例,基于有限差分法,对下穿顶推施工过程进行了数值模拟分析,研究得出地道桥盾构法动态施工过程应力场与位移场变化的规律。研究结果表明:随着顶推的进行,掌子面后方土层应力变化明显,影响范围在掌子面后6 m左右。同时,摩阻力系数与地层条件特别是土质情况联系密切,顶推施工时,箱涵底部产生的摩阻力占比超过总摩阻力的70%,计算结果明确了地道桥顶推过程中的受力特征与作用机理,能为类似的地道桥下穿施工提供合理的借鉴与参考。

细棒入水动力学特性的解析计算与数值模拟

结合解析计算与数值模拟本文研究了均匀细棒低速入水过程中水的阻力系数和细棒密度这两个因素对其入水过程的动力学特性的影响.根据牛顿第二定律首先建立动力学微分方程并求得了解析解,由此进行数值计算并对其运动状态的动力学特性进行了分析.结果表明若细棒密度比水的大,不管以任何初速度入水,最终都会趋向于一个稳定的极限下沉速度,该极限速度正比于细棒与水的密度差,反比于水的阻力系数.但当密度差较小时,细棒的下沉速度先达到一个峰值,然后减速并逐渐趋向于稳定极限下沉速度.相反,如果细棒的密度不大于水的密度,则细棒入水后最终会静止不动而悬浮于水中.

基于群体平衡理论的竖直管内水合物浆液流动特性模拟

基于海洋非成岩天然气水合物(简称水合物)颗粒聚集动力学的群体平衡模型,对水合物浆液在竖直管内的流动特性进行了模拟研究,重点模拟研究了水合物浆液体积分数、平均流速对竖直管内水合物浆液流动特性的影响;根据模拟结果,研究了不同工况下流动压降、浓度分布以及水合物粒径分布等流动特性,为水合物开采中举升管内水合物浆液流动特性提供借鉴。实验结果表明,所建模型可较好地模拟水合物浆液在竖直管内的流动状态;较低的浓度和较高的流速有利于保证水合物浆液地竖直管内的流动安全,但不利于输送的经济性。

外粘钢板或CFRP布加固RC梁试验及数值模拟分析

文章通过静力试验及数值模拟分析了外粘钢板、CFRP布对RC梁的加固效果,并研究了钢板厚度、CFRP布层数、加固方式对加固效果的影响。结果表明:采用外粘CFRP布加固的试件由CFRP布被拉断导致破坏,外粘钢板加固试件破坏主要由剪压区抗剪能力控制,破坏时抗弯承载能力并未完全发挥;CFRP布对裂缝的抑制作用较为明显,对RC梁的加固效果较好;外粘钢板因其高刚度、高强度的特征,对RC梁加固效果最好;试件极限承载力与CFRP布层数、钢板厚度均呈正相关,但CFRP布层数对试件破坏挠度基本无影响,而钢板厚度的增加可有效降低试件破坏挠度;工程中推荐应用复合加固方案。

填埋场边坡稳定性的极限平衡法与数值模拟分析

以某山谷型填埋场边坡为例,借助SLOP/W软件进行了填埋场边坡稳定性的极限平衡分析,并运用FLAC 3D软件对填埋场边坡进行数值模拟分析,最后比较了2种方法的优缺点,对填埋场边坡稳定性提出了提议。

数值模拟与极限平衡法相结合的边坡稳定性分析

考虑到数值模拟法与极限平衡分析法在岩质边坡稳定性分析中各自的局限性,提出将数值模拟法与极限平衡分析法相结合对岩质边坡进行稳定性分析。以某矿山边坡为例,首先以离散单元法对边坡进行数值模拟,将边坡及其内部的滑动面划分成若干节理单元体,计算出节理单元上的法向和切向应力,根据极限平衡法计算出边坡稳定性安全系数,既考虑了滑动面内应力对岩质边坡稳定性的影响,又通过计算边坡的安全系数来评价边坡的稳定性,具有较好的推广前景。

基于极限平衡法及数值模拟的废石堆场边坡稳定性分析

针对凡口铅锌矿废石堆场边坡,利用极限平衡法中的瑞典圆弧法及数值模拟方法中的有限差分法对废石堆场边坡进行了稳定性分析。分析结果表明,目前凡口铅锌矿废石堆场边坡在自重条件下最大安全边坡角为43o,工作侧边坡目前稳定性良好,部分公路侧边坡安全系数稍低于标准安全系数,存在失稳风险,而开挖侧高陡边坡具有较大失稳风险。分析结果对于了解凡口铅锌矿现有废石堆场的安全稳定性,制定相应的安全控制措施,维护矿山安全生产具有重要意义。

极限平衡理论在巷道锚杆支护设计中的应用

以极限平衡理论为巷道锚杆支护设计参数的理论依据,通过FLAC3D数值模拟和现场围岩分析,得出更能适应巷道围岩变形的锚杆支护参数和支护方案,增强巷道围岩整体的稳定性,满足巷道支护的强度要求。

三维盾构隧道开挖面极限支护压力数值及理论解

对盾构隧道开挖面稳定性进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了维持开挖面稳定最小极限支护压力随隧道埋深比及土体强度参数的变化特性.将极限支护压力值表示为土体粘聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的三项叠加,并通过数值模拟获得了各影响系数随隧道埋深比及土体内摩擦角的变化规律.利用数值模拟结果对三维楔形体模型进行对比验证,结果表明楔形体模型得到的各影响系数在规律上与数值模拟结果相符,但在数值上,土体重度影响系数与数值模拟结果更接近,而粘聚力和上覆荷载影响系数则存在一定偏差.

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明:临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明:基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。