极高地应力硬岩隧道变形规律及施工优化研究

依托重庆市巫镇高速宝山隧道工程,采用数值模拟方法开展极高地应力无仰拱硬岩隧道的变形规律和施工优化研究,对不同施工工法、施工步距进行了比选。研究表明:1)不同施工工法隧道变形规律基本一致,竖向位移大于水平位移且基底隆起较拱顶沉降更明显,全断面法施工隧道变形收敛速度最快;2)不同施工工法均为基底应力释放程度最大,释放后基底应力仅为初始的55%,且全断面法拱脚处应力集中范围最小;3)隧道周围的岩体以拉伸破坏为主,部分位置存在剪切破坏,施工工法对塑性区的水平影响范围有限;4)该隧道选用全断面法施工可行且较经济。全断面法不同施工步距变形及应力分布基本规律相同,施工步距越大,水平竖向位移越大,拱脚处应力集中越显著,最小主应力值也越大,综合考虑现场施工建设速度、变形收敛情况、应力分布状态,采用1.6 m步距较经济合理。

250 m级特高面板堆石坝混凝土面板顺坡向应力控制措施研究

面板应力变形控制是建设250 m级特高混凝土面板堆石坝的关键难题.大量工程实测案例和研究计算表明,特高面板坝压应力常处于较高水平,对于坝轴向应力来说,采用柔性缝降低压应力措施已被工程界普遍接受,然而,目前对于如何降低面板顺坡向压应力尚缺少有效的解决方法.本文以拟建的240 m级GS面板坝为研究对象,从特殊增模区布置、面板施工顺序、面板低高程柔性横缝、高压力区高强度混凝土材料等4个方面提出改善面板顺坡向应力的工程措施.文中通过三维有限元精细模拟方法分析了提出的顺坡向应力改善措施的效果,文中提出的措施可为250 m面板堆石坝面板应力控制提供借鉴.

基于多物理场耦合的压接型IGBT功率循环应力特性仿真分析

压接型IGBT器件广泛应用于高压柔性直流系统中。由于在功率循环实验以及实际运行中,器件不同材料之间存在的热膨胀效应会显著影响机械应力,其难以通过实验仪器获取,进而造成疲劳寿命预测困难以及不准确,因此需要研究与实际相符的高精度仿真模型计算器件内部的应力参数。首先,分析了影响IGBT器件有限元模型准确性的物理特性,并提出考虑IGBT芯片动态电导率的高精度IGBT电-热-力多物理场耦合模型。其次,通过器件饱和压降、结温以及Von Mises应力对所搭建模型进行实验对比分析,验证了模型的准确性。最后,利用所提出的多物理场耦合模型仿真分析了压接型IGBT器件在工况以及功率循环过程中的应力变化特性,提出“额外应力差”这一概念以表征IGBT在功率循环中应力存在的特殊变化规律并分析了额外应力差的产生机理,明确应力特性对在研究寿命预测等问题时具有的意义。

高地应力特大断面隧道的适宜施工工法

为探索高地应力特大断面软岩隧道的适宜施工方法,以桐梓隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟,探索不同高地应力下的3种施工工法[三台阶、CD(cross diaphragm)法、双侧壁导坑法]的适宜性,从围岩变形、施工成本以及施工进度等方面评价施工方法的优劣。结果表明:Ⅴ级围岩:当隧道埋深为300、400 m时,适用三台阶法施工;当埋深为500 m时,适用CD法施工;当埋深为600 m时,适用双侧壁导坑法施工。Ⅳ级围岩:当隧道埋深为300~600 m时,都适用三台阶法施工。

腹腔镜完全腹膜外疝修补术治疗腹股沟疝的疗效及对炎症介质、氧化应激、疼痛介质的影响

目的分析腹腔镜完全腹膜外疝修补术(TEP)治疗腹股沟疝的疗效及对炎症介质、氧化应激、疼痛介质的影响。方法前瞻性选取2020年7月至2023年6月于海军军医大学第一附属医院行手术治疗的腹股沟疝患者100例作为研究对象,依据随机数字表法将其分为开放组(n=50)与TEP组(n=50)。开放组行开放疝修补术,TEP组行TEP。比较两组的临床疗效,观察两组术中出血量、手术时间、术后下地时间、术后住院时间及胃肠功能恢复时间等围手术期指标。观察并比较两组手术后1 d血清炎症介质[肿瘤坏死因子-ɑ(TNF-ɑ)、白细胞介素(IL)-6、IL-1β]、氧化应激介质[人类软骨糖蛋白(YKL-40)、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)]、疼痛介质[β-内啡肽(β-EP)、P物质、5-羟色胺]水平,以及术后并发症发生情况。结果TEP组总有效率为94.00%,高于开放组(76.00%),差异有统计学意义(P<0.05)。TEP组术中出血量、下地时间、术后住院时间、胃肠功能恢复时间为(14.28±1.70)mL、(14.62±1.68)h、(4.38±0.46)d、(14.76±1.72)d,均低(短)于开放组[(23.96±2.63)mL、(18.29±2.15)h、(7.64±0.79)d、(16.89±1.91)d],手术时间为(70.18±7.32)min,长于开放组[(53.86±5.64)min],差异均有统计学意义(P<0.05)。手术后1 d,TEP组的血清TNF-ɑ、IL-6、IL-1β、YKL-40、P物质、5-羟色胺水平分别为[(1.93±0.20)ng/mL、(4.67±0.49)pg/mL、(2.63±0.29)pg/mL、(124.64±14.08)pg/mL、(89.96±9.24)pg/mL、(229.75±24.69)nmol/L],均低于开放组[(2.87±0.31)ng/mL、(6.14±0.64)pg/mL、(3.89±0.40)pg/mL、(158.93±18.94)pg/mL、(106.83±12.09)pg/mL、(297.68±31.71)nmol/L],血清SOD、GSH-Px、β-EP水平分别为(122.97±14.86)U/mL、(2.25±0.24)U/mL、(104.65±12.94)ng/mL,均高于开放组[(103.75±12.93)U/mL、(1.67±0.18)U/mL、(81.09±8.32)ng/mL],差异均有统计学意义(P<0.05)。TEP组术后总并发症率为4.00%,低于开放组18.00%(P<0.05)。结论TEP治疗腹股沟疝具有创伤小,术后恢复快,并发症少,对炎症介质、氧化应激、疼痛介质的影响小的优点,优于开放手术。

基于ABAQUS的气动潜孔锤球齿碎岩及布齿优化

为提高坚硬地层大直径潜孔锤的破岩效率与使用寿命,运用ABAQUS软件建立了球齿碎岩仿真模型,对比分析?18 mm球齿在不同钻进参数下冲击切削碎岩过程中的破碎比功、侵入深度、破碎范围与应力影响范围等曲线,优选钻进参数和布齿。分析结果表明:当钻压为1.2 kN、冲击功为30 J时,对岩石的破碎效率较高,球齿入岩的位移可达0.67 mm,并对岩石进行应力界限划分,得出应力影响范围为43.4 mm;通过双齿冲击切削模拟确定了较为优秀的圈距与间距:圈距取47.4 mm,间距取43.4~51.4 mm;考虑到球齿的磨损,利用圈距与间距对?711 mm大直径潜孔锤进行了优化布齿。

寒冷地区特高拱坝混凝土最高温度控制研究:以东庄拱坝为例

【目的】东庄特高拱坝位于北方寒冷地区,与国内其他已建200 m以上特高拱坝主要位于西南气候温和地区存在明显差异,混凝土温度控制难度大。为保证工程建设安全的前提下满足进度和质量要求,【方法】针对东庄大坝建设期夏季和冬季不同季节的控制最高温度标准,基于现场环境气温特性,建立有限元仿真分析模型,采用施工过程仿真技术对东庄拱坝不同冷却龄期、不同基础温差条件下的混凝土温度应力进行研究,将现场监测分析结果与仿真分析规律进行对比分析,提出了相应的最高温度控制建议。【结果】结果显示:为保障拱坝混凝土应力安全,最高温度不应高于26℃;为保障拱坝横缝可灌性,最高温度不应低于20℃。缝开度和温控防裂是一个需要协调的关系,基础温差增大,相应地,温度应力增大、开缝宽度变大、温控措施压力增大;基础温差降低,相应地,应力减小、开缝宽度降低、温控措施压力变小,但是存在缝开度不满足要求的风险,尤其在寒冷地区冬季施工最高温度较低,最终导致缝开度较小无法实现接缝灌浆工作。【结论】综合考虑以上两方面影响因素,给出了大坝混凝土最高温度控制的上限值和下限值,区间范围内最高温度的控制即可以满足接缝灌浆和防裂目的。计算成果可为拱坝施工过程的接缝灌浆温控方案调整提供技术支撑。

上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究

基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。

上覆遗留煤柱影响区巷道掘进期间冲击地压防治对策

因矿井所采煤层为特厚煤层,实施分层开采过程中,上区段遗留煤柱宽度达20 m,距下分层巷道平距为22 m,致使下分层巷道掘进过程中应力集中程度高,频繁发生大能量震动、底鼓的现象,针对此,采取了以下手段:(1)构建弹性力学模型,对遗留煤柱内应力峰值位置进行计算,得出其位置为距边缘14.85 m处;对遗留煤柱对底板影响进行分析计算,得出上覆遗留煤柱对底板岩层的影响深度为9.82 m,影响宽度为60.17 m。(2)利用FLAC3D对上覆遗留煤柱对下分层巷道影响进行分析,得出其在垂直及水平方向影响范围及变化规律。(3)利用分析计算数据,制定了深、浅孔结合的上覆遗留煤柱侧煤体爆破卸压、巷帮超大孔径卸压、巷底爆破卸压的综合防治措施参数。经现场应用,相较措施应用前,震动频次、能量及最大能量均得到了显著控制,有效降低了巷道掘进期间冲击危险。

特厚煤层沿顶巷道抗剪锚管索帮角控制技术研究

针对特厚煤层沿顶巷道帮角围岩破碎外挤、锚索自由段受不均匀组合荷载作用导致的端部上翘和帮部变形较大等问题,以同忻矿8204巷道为研究对象,通过现场调研、拉剪试验、FLAC3D数值模拟和现场工业性试验等方法,并利用研发的抗剪锚管索支护结构进行特厚煤层沿顶巷道抗剪锚管索帮角控制技术研究。首先开展拉剪试验,测试锚索组成抗剪锚管索结构前后的承载能力;其次在不考虑原岩应力影响的条件下,通过对巷道围岩内部支护应力场的分布情况,查找原支护方案帮部支护效果较差的原因;最后结合强帮强角支护理念,提出抗剪锚管索帮角控制技术及支护优化方案,利用数值模拟方法险证该优化方案的支护效果,并在现场进行长为300 m的工业性试验。现场监测数据表明,应用所研抗剪锚管索帮角控制技术后,特厚煤层沿顶巷道围岩变形得到了有效控制。

倾斜特厚煤层上分层开采时下分层煤体载荷及渗透率演化规律研究

为了得到倾斜特厚煤层上分层开采时下分层煤体载荷及渗透率演化规律,以新疆硫磺沟煤矿9-15(06)工作面为研究对象,构建了采空区底板应力传递模型,模拟了随着上分层推进时下分层煤体载荷演化过程,并以此为下分层采集煤样应力路径,开展了下分层含瓦斯煤应力加卸载实验,得到了下分层煤体渗透率演化规律。结果表明:随着上分层推进,下分层煤体垂直应力经历了原岩应力、应力增加至支承应力峰值、支承应力峰值后卸压、应力升高恢复稳定;沿煤层倾向,下分层煤体进入采空区后,由倾斜上部至下部,煤体应力最大恢复程度逐渐增加;下分层煤体渗透率经历了初始渗透率、渗透率下降、渗透率上升、渗透率突增、渗透率降低恢复稳定;不同位置煤体进入采空区后,渗透率最大恢复程度随应力最大恢复程度的升高而增加。研究结果为揭示下分层煤体瓦斯涌出时空演化规律奠定了基础。

近距离煤柱集中应力影响下特厚煤层巷道布置技术研究

针对近距离煤层上层采空后对下层巷道布置及支护形式产生较大影响的问题,综合考虑巷道应力及煤炭资源回收率,研究近距离特厚煤层巷道布置方式,得出在重叠布置条件下,巷道变形在可控范围内且煤炭资源回收率可大幅提升,并提出合理支护方案,确保了工作面安全生产。

隧道高地应力区施工标准化监控量测技术研究

隧道高地应力区的施工风险较高,但在该区域的监控量测技术尚未有明确的规范和标准,因此有必要探索隧道高地应力区的标准化监控量测技术。本文依托池祁高速公路某特长隧道工程,基于该隧道高地应力区和非高地应力区的监控量测数据,对比分析两处的拱顶沉降、周边收敛的变化规律;采用回归分析对监控量测数据进行分析,提出隧道高地应力区标准化监控量测技术及其数据处理方法。研究结果表明:隧道高地应力区监测量测结果与非高地应力区具有明显差异,应该根据隧道地应力分布情况加强高地应力区的监控量测;二次多项式对隧道拱顶沉降和周边收敛变化具有较好的拟合效果。

用于辉光放电的有源箝位型高增益DC/DC电源

针对便携式氩气辉光放电气体检测应用研究了一种有源箝位型高增益DC/DC击穿电源,并分析了其工作原理及特性。该电源将有源箝位电路、升压变压器和倍压单元整合在一起,不仅实现了初、次级电气隔离,且在较小变压器匝比和较低占空比下实现了超高电压增益(HVG)和低开关应力。该电源通过有源箝位电路回收存储在变压器漏感中的能量,进一步降低了有源开关的电压应力。该箝位电路的引入使两个有源开关均实现了零电压开关(ZVS),有效降低了开关损耗。最后搭建了一台35 W样机,该样机可以实现从24 V到3.5 kV±300 V的超高转换比并实现氩气的击穿,且在约1 kV,35 mA的条件下可维持稳定的氩气辉光放电,稳态下效率可达92.5%。

特厚煤层强动压巷道围岩控制技术研究

针对特厚煤层强动压巷道难维护问题,以中煤平朔井工一矿19110辅运巷道为研究背景,采用数值模拟、理论分析和现场实测等方法,对巷道围岩的采动应力演化规律、变形破坏特征进行了研究,开展了支护方案优化设计和现场试验。研究结果表明:巷道受回采工作面采动支承压力显著影响位置主要发生在滞后临近回采工作面的采空区后方;根据不等压巷道弹塑性力学分析可知,侧压系数对巷道围岩的变形和破坏具有较大影响,巷道的变形量和塑性区半径均随着侧压系数的增大而增大。依据数值模拟和理论计算确定的侧压系数小于2,巷道塑性区半径按1.90 m设计,巷道支护优化设计方案为:锚杆均采用MSGM-335、Φ22 mm×2400 mm左旋无纵筋螺纹钢,顶锚杆间排距为900 mm×1000 mm,每排布置6根,最外1根距帮350 mm,安设钢带加强支护;帮锚杆间排距为1200 mm×1000 mm,左右帮各布置3根,上面1根距顶300 mm;锚索采用Φ21.8 mm十九芯钢绞线,长度视顶煤厚度采用10300~13300 mm,每排布置2根,间排距为2000 mm×3000 mm。现场试验巷道变形监测结果表明,支护方案对巷道围岩的变形控制效果较好。

时变效应下自锚式悬索桥车载响应演变规律

为研究长服役期内混凝土收缩徐变、环境温度变化对车载作用下自锚式悬索桥主梁应力状态演变的影响规律,建立了山东省湖南路大桥ANSYS精细化实体有限元模型,分析了30 a运营期内混凝土收缩徐变、5~20℃温升工况下超宽箱梁底板的应力变化规律。结果表明:随着桥梁运营年限增加,箱梁底板纵向压应力逐渐减小,30 a期时部分位置出现0.085 MPa的纵向拉应力;箱梁底板与最外侧腹板交接处出现2 MPa的横向拉应力,需优化横向预应力筋的布置方式。桥梁运营30 a时,在1.0~1.6倍对称等效设计活荷载下,箱梁底板与内侧腹板交接处的纵向拉应力达到1.06~2.70 MPa。桥梁运营30 a并且环境温度升高5℃时,在对称等效设计活载下,箱梁底板部分区域的纵向拉应力超过混凝土抗拉强度,20℃温升使得底板最大纵向拉应力达到8.65 MPa。

急倾斜特厚煤层开采煤岩应力场-位移场演化规律数值模拟

为了揭示急倾斜特厚煤层开采矿压显现规律,建立急倾斜特厚煤层工作面数值分析模型,研究水平分段开采过程的应力场-位移场演化规律,确定矿压防治的重点区域,提出针对性的防治建议.结果表明:急倾斜特厚煤层开采煤岩应力场呈现非对称分布特征,顶板侧煤岩处于外错应力集中区,底板侧煤岩处于上方采空卸压区,顶板侧煤岩是防治的重点区域;急倾斜特厚煤层开采工作面煤体变形以底煤底鼓为主,呈现中间大两侧小的“单峰”分布;煤岩位移场演化受开采深度影响显著,上覆岩层随开采深度增大依次发生破断;通过顶板预处理和煤岩体强度弱化可实现对急倾斜特厚煤层开采矿压显现的有效防治.

地下室超长外墙留设应力释放缝的跳仓法施工分析

针对地下室超长外墙结构混凝土受约束大、开裂风险较高、易产生收缩裂缝的问题,论文依托普陀区真如社区W060802单元F04-01地块工程及相关工程,对其超长地下室外墙采取的留设应力释放缝的跳仓法施工技术开展专项技术研究,并分析了其应用效果。

特厚煤层综放强采动巷道围岩应力演化特征:以塔山矿为例

特厚煤层上下区段综放工作面两次开采形成的强采动应力易诱发煤与瓦斯突出、冒顶、塌陷等灾害,开展强采动应力演化和作用特征研究是关键。本文主要通过建立几何相似比1:100的物理模型,研究采动应力演化特征、强采动巷道围岩失稳机理和高应力卸压方法。实验结果显示上下区段综放面两次开采过程中,特厚煤层综放强采动巷道煤柱帮均为所监测围岩区域中最剧烈影响区;结合室内相似材料物理模型和现场钻孔应力监测结果比较,验证了特厚煤层综放开采利用窄煤柱布置方法进行高应力卸压的可行性。研究结果可为特厚煤层开采中区段煤柱设计、巷道布置,支护方案等优化确定提供一定的理论参考基础。

差应力状态对岩石熔融程度的影响——以黑云母片麻岩的动、静态熔融对比实验为例

以河北省平山县阜平群的黑云片麻岩为实验样品,有差应力条件下的动态实验,围压10MPa,温度800℃条件下,施加相当于差应力为0～25MPa,且以每5MPa为间隔进行了天然块状岩石样品的动态熔融,在相同的围压条件下,温度由800～900℃每20℃为间隔,进行了无差应力条件下天然块状岩石的静态熔融实验,并进行了对比研究。结果表明,在相同温度条件下,岩石的熔融程度随着差应力的增加明显增高,当差应力达到25MPa时,800℃条件下岩石的熔融程度与900℃静态熔融条件下岩石的熔融程度相当。实验力学分析计算表明,动态实验中构造附加压力增加了围压,差应力每增加5MPa相当于1.67MPa的增压,其与静态实验中温度升高20℃的效果一样。该实验结果对研究岩石深熔作用的深度问题有一定的参考意义。