大倾角煤层抗剪锚杆设计与测试

为了减少大倾角煤层斜梯形巷道变形破坏,设计了新型抗剪锚杆,分析了锚杆工作原理及锚杆参数。以东峡煤矿为工程背景,采用物理模拟、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,对大倾角斜梯形巷道抗剪锚杆支护进行了研究。结果表明,在加载中,原支护模型在4.9 MPa即发生破坏,而抗剪锚杆支护模型在7 MPa发生破坏,原支护试验顶板下沉量较大,其变形量及变形速度远大于抗剪锚杆支护试验;抗剪锚杆能有效控制巷道顶板离层,离层量为21~129 mm,抗剪锚杆能够承受的极限破断载荷为155 kN,能有效控制深部围岩的变形。

大偏角短引渠侧向进水泵站流场流态优化

为了改善大偏角短引渠侧向进水泵站前池、进水池内偏流、回流和漩涡等不良流态,以某大型大偏角短引渠侧向进水泵站工程为研究对象,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方式对初步设计方案下的前池、进水池流态进行分析,提出流速偏差系数λ作为评价指标,对工程进行优化,探讨前池的结构性改造对水流的整流效果,得出“弧形隔墩+改变底坡坡度+开设消涡孔”的组合方案为推荐整流方案,有效解决了前池及进水池内原设计存在的不良流态。研究结果表明,该整流方案使各个机组进水池偏差系数分别下降了37.03%、12.99%、22.29%、22.04%,显著改善了前池,进水池流态。研究结果可为类似大偏角短引渠侧向进水泵站前池及进水池流场流态优化提供参考,也可为类似短引渠泵站工程和进水建筑物的设计提供参考。

基于离散元法三裂纹岩石裂纹扩展特征的试验与数值研究

为研究三裂纹岩石的静力学破坏特征,采用离散元数值模拟软件PFC2D和模型试验方法,分析三裂纹岩石的峰值应力、应力—应变曲线及裂纹扩展特性,验证离散元数值模拟方法的可行性。通过改变岩石的水平围压和裂纹长度,分析单轴压缩载荷作用下三裂纹岩石的力学响应机制。研究结果表明:中间横向裂纹对裂纹岩石的峰值应力影响较大,中间竖向裂纹对裂纹岩石的峰值应力影响较小;加载过程中裂纹尖端最先出现应力集中现象,最后形成2条约70°的主裂纹贯通3条预制裂纹;随着围压的增大,三裂纹岩石的峰值应力先增大后减小;随着裂纹长度的增加,三裂纹岩石的峰值应力不断减小。

1Cr17Ni9Ti∕Q235复合板矫直过程数值模拟与压下参数分析

双金属复合板会受到材料间产生不同程度的热残余应力的影响,导致板型缺陷,需要进行矫直。为了研究不同压下倾角参数对复合板矫直效果的影响,文中采用数值模拟方法研究了在0.43°,0.33°和0.23°这3种不同压下倾角矫直方案下,1Cr17Ni9Ti∕Q235复合钢板矫直过程中各方向的应力极值情况,以及矫直后的复合板纵向残余应力分布、平直度及等效塑性应变情况。结果表明:在矫直过程中复合板的纵向应力极值最大且其差值也是最大;在压下倾角1,2,3矫直方案下,复合板的平直度值分别为0.19%,0.30%及0.23%;在3种不同压下倾角矫直方案下,对1Cr17Ni9Ti∕Q235复合钢板进行现场矫直试验,得到的复合板平直度结果与数值模拟结果几乎一致。在3种压下倾角矫直方案下1Cr17Ni9Ti∕Q235复合钢板等效塑性应变值分别为0.14,0.23及0.17。可见压下倾角的大小影响复合板矫直后的平直度,压下倾角方案1的复合板的矫直效果最好。

考虑土拱效应的超大断面隧道上覆土影响因素分析

超大断面隧道上覆荷载是隧道支护结构设计的关键参数。依托某超大断面隧道工程,建立数值模型分析不同覆土厚度与洞径之比下土层黏聚力、内摩擦角和剪胀角对隧道上覆土竖向应力的影响。结果表明:随着覆土厚度与洞径之比增加,土拱效应逐渐显现;各地层参数对隧道上覆土竖向应力的影响程度由大到小依次为内摩擦角、黏聚力、剪胀角。

徐溜电灌站大扩散角前池流态改善措施比较研究

【目的】改善徐溜电灌站大扩散角前池内的水流流态,保证水泵机组的安全稳定运行。【方法】基于雷诺时均Naiver-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型对泵站现状方案、挡导墙方案和立柱方案共9个前池方案内的流场分别进行了三维湍流流动数值模拟,分析了挡导墙和立柱2种措施对前池流态的改善效果,并对改善措施结果进行了比较。【结果】在前池内设置挡导墙和立柱均可以改善前池流态,立柱方案z1时的流道出口流速分布均匀度和速度加权平均角度的平均值分别为97.74%和88.42°,略优于挡导墙方案q4,较现状方案xz分别提高1.14%和1.25°;立柱方案z1的流道进口流速分布均匀度和速度加权平均角度的平均值分别为62.86%和65.82°,较现状方案xz分别提高26.4%和36.9°;立柱方案z1前池内旋涡区面积相对于前池面积的占比为5%,小于挡导墙档案q4和现状方案的7%和45%。【结论】采用立柱方案可以有效控制前池水流均匀扩散、减小旋涡影响范围,较挡导墙方案更有利于前池流态改善,徐溜电灌站前池采用立柱方案改造取得了明显效果,研究成果可为同类型工程提供参考。

半分离式斜腹板双箱梁大跨单肋拱桥颤振临界风速分析

为研究低扭弯频率比大跨度桥梁的颤振性能,以某主跨180 m的半分离式斜腹板双箱梁大跨单肋拱桥为背景(主梁扭弯频率比接近1.0),进行颤振临界风速分析。采用有限元法分析该桥动力特性,计算桥梁颤振稳定性;对比《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)推荐的3组理想平板颤振临界风速估算公式,基于Scanlan半逆解法的理想平板颤振临界风速,考虑主梁形状与攻角修正系数确定颤振临界风速范围;采用强迫振动数值模拟识别颤振导数,获得精确颤振临界风速,进一步计算半分离式斜腹板双箱梁的形状和攻角系数。结果表明:该桥主梁扭弯频率比较低,颤振稳定性低于500 m级大跨度双肋拱桥;规范推荐的理想平板颤振临界风速估算公式在小扭弯频率比时差异较大;半分离式斜腹板双箱梁形状修正系数小于分离式双箱梁而大于P-K梁、带斜腹板箱梁,攻角修正系数略大于这3种形式主梁。

冰岩组合体动态力学特性及裂纹演化特征研究

人工冻结法的富水基岩凿井掘进施工时,人工地下冰与岩体黏结面常受动态冲击作用影响,其稳定性决定了地下工程施工安全。为研究冰—岩复合结构的动态力学性能,采取PFC-FLAC耦合方法构建了SHPB加载系统,分析了冰岩组合体的动态特性与破坏特征,研究了试件微裂纹演化规律。结果表明:组合体试件的动弹性模量受冰岩交界面倾角θ影响较小;动载作用下组合体试件岩石中裂纹从入射端逐渐向冰岩交界面扩展,最终形成与加载方向平行的贯通主裂纹,微裂纹扩展“引导”了组合体的损伤过程;组合体试件的最终破坏形式表现为张拉与剪切复合破坏,其中岩石部分的破坏特征主要受θ影响;θ为0°~45°时,峰值应力相差不大;θ为45°~90°时,峰值应力随着θ升高呈增大趋势。

主桁倾角对倒梯形钢桁梁气动特性的影响分析

针对主桁倾角变化对倒梯形钢桁梁气动特性有较大影响的问题,以某公铁两用连续钢桁梁为例,针对不同的主桁倾角,采用计算流体力学(CFD)的方法建立简化的三维分析模型,对钢桁梁节段进行风场模拟,分析不同主桁倾角下的钢桁梁断面静风气动力系数、涡振性能以及流场特性的差异。结果表明:升力系数和力矩系数受主桁倾角变化影响明显,主桁倾角为10°时,钢桁梁的升力系数较优,此时钢桁梁承受较小的竖向风荷载;主桁倾角为0°时,钢桁梁的力矩系数较优,此时钢桁梁承受较小的扭转风荷载;主桁倾角对钢桁梁在0°和6°风攻角条件下的涡激性能影响明显,涡振性能在主桁倾角为2.5°和5°时较优;随着主桁倾角的增大,钢桁梁内部风速存在的减速现象减弱,有利于内部行车稳定;主桁倾角的变化对湍动能的分布影响明显,随着主桁倾角的增大,钢桁梁内部湍动能的增大效果减弱,而钢桁梁背风侧湍动能的增大效果加强;通过综合对比多类气动特性,主桁倾角为5°的钢桁梁的气动特性较优。研究得出了主桁倾角变化对倒梯形钢桁梁主梁气动特性和空间流场特性的影响规律,可为后续钢桁梁的抗风设计提供参考。

基坑工程斜桩支撑体系受力及变形模拟研究

为探究建筑基坑支护中斜桩支撑体系的适用性,保证基坑支护加固效果,文中结合六盘水市汇金大厦工程基坑支护实践,通过PLAXIS3D数值模型,对基坑开挖过程中斜桩支撑体系受力及变形情况实施模拟分析。结果表明,基坑开挖过程中,土体总体位移为29.6 mm,其中,x、y、z向位移分别为23.7、4.9、17.8 mm,基坑稳定性符合标准要求。基坑开挖深度越大,斜桩、竖桩侧向位移越大,其最大位移分别为6.96、8.76 mm,均未超出规范允许值,符合标准要求。模拟分析有效验证了斜桩支撑结构在基坑支护中应用的可行性。

节理倾角对岩质边坡稳定性影响的数值模拟研究

在露天矿山岩质边坡中往往存在大量的节理裂隙,节理倾角对岩质边坡稳定性的影响研究对于露天矿山灾害防护至关重要。论文利用FLAC 3D分析了节理倾角对含单节理岩质边坡的稳定性的影响以及对动力波在岩质边坡中传递的影响。研究发现,单节理岩体的单轴抗压强度和弹性模量随节理倾角增大呈“U”形分布。含单节理岩质边坡的安全系数随节理倾角增大近似呈“U”形分布。

基于OLGA的不同起伏条件下湿气管道携液规律研究

湿天然气输送受外界因素影响,导致液态水和重烃在管道底部沉积,积液降低输送效率,引发流动保障问题。研究携液规律,并采取措施减少危害至关重要。文中利用OLGA软件建立了2种不同的起伏管道模型,分析了地形起伏对湿气管道持液率影响规律。以不同倾角下的持液率为判别依据,明确了地形起伏湿气管道的研究重点是持液率更大,即更难携带液体的上倾管段,当上倾段的倾角为55°时最难携液。

不同污泥斗倾角对竖式沉淀池沉降效果的影响

在化工厂污水絮凝处理工艺中,沉淀池的设计和沉降效率是确保出水水质达标的关键。本研究使用Fluent软件,结合RNG k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,全面评估了竖式沉淀池的污泥斗倾角对高浓度污水沉降效果的影响。研究主要通过考察沉淀池内部的污泥流速流线图、排水口悬浮颗粒(SS)浓度,以及污泥去除率的变化,从而揭示了斜板倾角变化对污泥的流动特性、沉降效率和污泥去除率的影响。结果表明,当污泥斗倾角从40°增加到60°时,沉淀池内涡旋变少,流速和流向分布较均匀,流场相对稳定,沉降效果提升;当污泥斗倾角从60°增大到70°时,在沉淀池底部和排水口上部出现较大涡旋,导致颗粒在水中的停留时间增加,影响出水水质,降低沉降效果。当污泥斗倾角为60°时,竖式沉淀池能达到最好的沉降效果。这一发现为化工厂竖式沉淀池设计提供了重要的指导,强调了合理选择污泥斗倾角在提高絮体沉降效率中的关键作用。

大倾角厚煤层放煤工艺数值模拟及应用

为研究泉店煤矿12050工作面大倾角厚煤层放煤参数,采用PFC3D数值模拟软件,对比分析工作面不同放煤顺序和放煤步距下顶煤采出率和含矸率,确定工作面合理放煤参数。结果表明:一采一放、上行单轮间隔放煤方式较其他放煤方式顶煤采出率要高,且含矸率较低。现场工业试验应用表明,工作面回采期间,顶煤平均采出率为86.8%,多回收产量5%,取得了良好的经济效益。

现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火机构响应特性研究

针对现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火率偏低、未爆弹存在隐患的可靠性与安全性问题,开展现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火机构响应特性研究.建立了大着角碰靶发火机构的动力学模型,得到了发火机构作用的简易判据,基于有限元数值模拟方法,模拟了不同着速、着角、滚转角度及靶板厚度多工况下大着角碰靶发火机构的动态响应过程,数值模型有效性通过实弹试验对比验证.分析结果表明,着发球珠随机滚转角度为大着角碰靶时影响发火机构功能可靠的重要因素之一;随滚转角度增大,发火击针感受到轴向合力的幅值越小、时间越滞后,不利于大着角碰靶发火机构可靠作用;同时研究发现随着角、靶板厚度的增加,出现了导套“卡住”发火击针的故障模式.

倾斜煤层直角梯形巷道支护参数优化的数值模拟研究

倾斜煤层由于其特殊的地层特性,所开采巷道的围岩应力呈现出非对称特征,使得倾斜煤层巷道支护难度高于水平煤层。为了解决严重影响巷道稳定的不平衡应力以及原有支护过剩等问题,以山西黄岩汇5301工作面为实例,通过数值模拟软件FLAC3D分析不同锚索排布、角度、顶锚杆数量条件下的直角梯形巷道的围岩应力,确定最优支护参数。结果表明,当锚索呈“3-3-3”排布且垂直于巷道顶板,顶锚杆数量为6时,数值模拟效果最优,同时根据现场矿压观测结果,优化后的支护参数可以有效保障直角梯形巷道的稳定性。

倾覆力矩作用下涡旋压缩机切向泄漏研究

针对涡旋压缩机倾覆力矩作用下动涡盘倾覆造成的切向泄漏问题,在建立切向泄漏通道物理模型基础上,建立了切向楔形平板间气体泄漏数学模型,修正了泄漏面积的计算公式,并借助Fluent软件对单个压缩腔三维流场及泄漏量进行了分析。结果表明:倾角对泄漏面积、压缩腔内压力及速度极值产生影响,且对泄漏速度的影响大于对压力的影响,但对压力及速度场的分布规律基本无影响。切向泄漏量的理论计算与数值模拟对比分析表明,模拟值均大于理论值,理论值较模拟值要稳定,且随着倾角的增大,两者泄漏量的偏差逐渐减小,泄漏曲线趋势基本趋于一致,物理模型及数学模型可行。数学模型和研究结果可为涡旋压缩机的设计和性能分析提供一定的指导和借鉴作用。

大埋深倾斜厚煤层下导水裂隙带发育高度的微震监测

以九龙矿15249S工作面为工程背景,利用微震监测技术对上覆岩层塑性区破坏变化规律及导水裂隙带发育高度进行监测,并结合理论计算、数值模拟与现场实测结果进行对比,验证微震监测较高的准确性。结果表明,微震监测结果更为接近现场实测数据。监测结果显示:工作面及其回采巷道上方130 m范围内,微震事件分布密集、能量较大,故该空间内上覆岩体破坏变形较为严重,裂隙较为发育;当超过130 m时,微震事件骤减,数量几乎为0;因此得到导水裂隙带发育高度为130 m。研究成果可为九龙矿的安全生产提供可靠参考,并为类似的大埋深倾斜厚煤层工作面提供一种有效监测导水裂隙带发育高度的方法。

层状软岩隧道超前支护及锚杆定向预加固研究

为探究适应大变形隧道层理特性的定向预加固方法,依托九绵高速大变形隧道,通过岩石试验确定围岩参数,在数值模拟中验证了不同大变形等级及平纵层理角度下通过调整锚杆、超前支护施作角度与小导管间距的定向加固方法效果,3种大变形等级的现场试验段隧道变形均有较明显提升,验证了该方法适用性。结果表明:(1)支护压应力来自围岩变形挤压作用,锚杆、超前支护优化影响锚杆、小导管受力进而改变支护受拉,锚杆小导管优化效果随大变形等级增加而增强;(2)平面层理下,锚杆施作角度定向加固效果显著,强烈大变形采用双层小导管时可考虑超前定向加固,不同层理角度对锚杆、超前支护优化敏感性不同;(3)纵向层理斜向下时,通过增大小导管与纵向层理夹角而进行外插角定向优化;(4)纵向层理斜向上时,寻找围岩变形随小导管间距减小变化速率转折点从而确定最优间距,大变形等级越高、纵向层理倾角越大,最优间距越小。

缓倾层状岩体隧道底部结构变形和裂缝发展规律

以渝黔铁路(重庆—贵阳)老周岩隧道为工程背景,采用三维离散元数值模拟方法,分别研究了不同岩层层理倾角和侧压力系数条件下隧道底部结构变形特征和裂缝发展规律。结果表明:隧道底部结构隆起量和中轴线两侧隆起不对称程度均随倾角、侧压力系数的增大而增大,底部结构隆起量最大值出现在层理方向与隧道底部相切位置;底部结构裂缝张开量、剪切滑移量和分布范围均随倾角、侧压力系数的增大而增大;随倾角增大裂缝发展最显著位置由仰拱中心向右墙脚移动,随侧压力系数增大裂缝向深部扩展程度增大,底部结构三角形破裂区域范围也逐渐增大。