Consideration of the influence of supports in modeling the electromagnetic fields of 25 kV traction networks under emergency conditions

Single-phase 25 kV traction networks of electrified alternating current(AC)railways create electromagnetic fields(EMFs)with significant levels of intensity.The most intense magnetic fields occur when short circuits exist between the contact wire and rails or ground.Despite the short duration of exposure,they can adversely affect electronic devices and induce significant voltages in adjacent power lines,which is dangerous for operating personnel.Although numerous investigations have focused on modeling the EMF of traction networks and power lines,the challenge of determining the three-dimensional electromagnetic fields near metal supports during the flow of a short-circuit current through them is yet to be resolved.In this case,the field has a complex spatial structure that significantly complicates the calculations of intensities.This study proposes a methodology,algorithms,software,and digital models for determining the EMF in the described emergency scenarios.During the modeling process,the objects being studied were represented by segments of thin wires to analyze the distribution of the electric charge and calculate the intensities of the electric and magnetic fields.This approach was implemented in the Fazonord software,and the modeling results show a substantial increase in EMF levels close to the support,with a noticeable decrease in the levels as the distance from it increases.The procedure implemented in the commercial software Fazonord is universal and can be used to determine electromagnetic fields at any electrical power facility that includes live parts of limited length.Based on the proposed procedure,the EMF near the supports of overhead power lines and traction networks of various designs could be determined,the EMF levels at substations can be calculated,and the influence of metal structures located near traction networks,such as pedestrian crossings at railway stations,can be considered.

Analysis of a Gyroscope′s Rotor Nonlinear Supported Magnetic Field Based on the B-Spline Wavelet-FEM

A supported framework of a gyroscope＇s rotor is designed and the B-Spline wavelet finite element model of nonlinear supported magnetic field is worked out. A new finite element space is studied in which the scaling function of the B-spline wavelet is considered as the shape function of a tetrahedton. The magnetic field is spited by an artificial absorbing body which used the condition of field radiating, so the solution is unique. The resolution is improved via the varying gradient of the B-spline function under the condition of unchanging gridding. So there are some advantages in dealing with the focus flux and a high varying gradient result from a nonlinear magnetic field. The result is more practical. Plots of flux and in the space is studied via simulating the supported system model. The results of the study are useful in the research of the supported magnetic system for the gyroscope rotor.

Real-Time Mesoscale Forecast Support During the CLAMS Field Campaign

This paper reports the use of a specialized, mesoscale, numerical weather prediction （NWP） system and a satellite imaging and prediction system that were set up to support the CLAMS （Chesapeake Lighthouse and Aircraft Measurements for Satellites） field campaign during the summer of 2001. The primary objective of CLAMS was to validate satellite-based retrievals of aerosol properties and vertical profiles of the radiative flux, temperature and water vapor. Six research aircraft were deployed to make detailed coincident measurements of the atmosphere and ocean surface with the research satellites that orbited overhead. The mesoscale weather modeling system runs in real-time to provide high spatial and temporal resolution for forecasts that are delivered via the World Wide Web along with a variety of satellite imagery and satellite location predictions. This system is a multi-purpose modeling system capable of both data analysis/assimilation and multi-scale NWP ranging from cloud-scale to larger than regional scale. This is a three-dimensional, non-hydrostatic compressible model in a terrain-following coordinate. The model employs advanced numerical techniques and contains detailed interactive physical processes. The utility of the forecasting system is illustrated throughout the discussion on the impact of the surface-wind forecast on BRDF （Bidirectional Reflectance Distribution Function） and the description of the cloud/moisture forecast versus the aircraft measurement.

不等跨十车道四连拱隧道施工全过程支护结构受力特征现场测试研究

多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全过程应力监测,以获得复杂施工步序下支护结构受力特征。测试结果表明:观音岩隧道施工中,先行主洞较后行洞室承担的围岩压力更大,右主洞、左右辅洞开挖顺序居后,施工扰动次数较少,支护结构内力较小;各洞室中,初支钢拱架内力整体均呈“左小右大”的非对称分布特征,其最大轴向压力402.71 kN、最大弯矩7.97kN·m出现在左主洞的右拱脚处,二衬内力整体非对称程度较低,只以左主洞呈显著非对称分布,其余洞室呈整体对称分布;先行左主洞支护结构的内力扰动主要由受后行邻洞的开挖影响所产生,后行右主洞、左辅洞开挖支护阶段,左主洞初支钢拱架、二衬结构绝大部分位置其内力增量超过总增量的一半;采用“先主后辅,左主先行”施工方案,施工全过程支护结构的安全性均满足规范要求,支护结构设计和施工措施合理。研究成果可为复杂条件下多连拱隧道的设计与施工提供借鉴。

数字平台场域互动观的建构研究

文章依据社会学中的场域理论,提出“数字平台场域互动观”。研究发现,数字平台具有“场域”属性,是一种商业场域,场域理论在此具有独到的解释力;互动在数字平台中扮演核心角色,是数字平台运行的微观基础;数字平台的场域互动模式包括同场域互动模式、跨场域互动模式和复跨场域互动模式;数字平台的互动模式决定了其治理机制,并呈现出多样化的特点,从而要求有相对应的保障机制。文章构建了一个平台研究的系统性理论框架,为推动数字平台领域研究、数字平台健康持续发展以及政府有效精准地规制数字平台提供了新思路。

Finite Element Modeling of Stability of Beam-Column Supports for Field Fabricated Spherical Storage Pressure Vessels

Spherical pressure vessels in large sizes are generally supported on legs or columns evenly spaced around the circumference. The legs are attached at or near the equator of the sphere. This research work focussed on flexural-torsional buckling of beam-column supports of field fabricated spherical pressure vessels using finite element analysis. Flexuraltorsional buckling is an important limit state that must be considered in structural steel design and it occurs when a structural member experiences significant out-of-plane bending and twisting. This research has therefore considered the total potential energy equation for the flexural-torsional buckling of a beam-column element. The energy equation was formulated by summing the strain energy and the potential energy of the external loads. The finite element method was applied in conjunction with the energy method to analyze the flexural-torsional buckling of beam-column supports. To apply the finite element method, the displacement functions are assumed to be cubic polynomials, and the shape functions used to derive the element stiffness and element geometric stiffness matrices. The element stiffness and geometric stiffness matrices were assembled to obtain the global stiffness matrices of the structure. The final finite element equation obtained was in the form of an eigenvalue problem. The flexural-torsional buckling loads of the structure were determined by solving for the eigenvalue of the equation. The resulting eigenvalue equation from the finite element analysis was coded using FORTRAN 90 programming language to aid in the analysis process. To validate FORTRAN 90 coding developed for the finite element analysis and the methodology, the results given by the software were compared to existing solutions and showed no significant difference P > 0.05.

考虑土性参数空间变异性的珠三角软土地区土钉支护结构可靠度分析

如何定量定性描述软土土性参数空间变异性对准确确定软土土性参数和合理评价软土地区土钉支护结构稳定性至关重要。采用既有统计分析方法定量描述空间变异性通常需要大量数据,难以满足。本文基于随机场理论模拟软土土性参数空间变异性,建立了一套考虑土性空间变异性的软土地区土钉支护结构可靠度设计方法,最后以MATLAB软件包为平台进行计算程序的开发与工程实例研究。分析结果表明,本文采用随机场方法模拟软土土体固有空间变异性及其在土钉支护结构可靠度分析中的应用具有合理性与普适性。

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。

深厚软土地区倾斜桩组合支护基坑稳定性研究

倾斜桩组合支护是一种新型基坑支护形式,适用于大面积无内支撑的基坑。本文依托天津市某倾斜桩支护基坑项目,设计6种预制桩支护对比结构,其中4种为倾斜桩组合支护,进行基坑开挖大型现场试验,量测分析周边不同环境下各组合结构支护基坑的变形情况,并运用Plaxis 3D有限元软件进行基坑安全性分析。结果表明:不同形式的倾斜桩组合支护中,内斜直组合桩身位移最小,支护效果最优;基坑周边存在超挖等不利因素时,倾斜桩组合支护的刚架效应、斜撑效应与重力效应决定其依旧能较好地发挥自身稳定作用;软土蠕变对斜桩基坑支护影响亦不容忽视,开挖至坑底时,应及时施工垫层和底板;数值模拟分析发现倾斜桩组合支护基坑安全系数及临界破坏形态受超挖影响小于常规排桩支护,小幅超挖对基坑的稳定性影响较低。

强风多发区柔性光伏支架抗风可靠度评估

以某实际柔性光伏支架为研究对象,建立了该光伏支架的有限元模型,并通过实测结构动力特性验证模型的正确性.采用谱表示-降维方法,生成全概率空间内的随机风速代表性样本集合.在此基础上,结合概率密度演化理论,研究了基本风速、风荷载方向及支撑索预拉力对其位移响应及抗风可靠度的影响.结果表明:随着风速的增大,柔性光伏支架抗风可靠度降低,当基本风速达到25 m/s时,结构平均整体抗风可靠度仅为0.14;提高支撑索预拉力可以显著提升结构抗风可靠度,但随着预拉力的增大,预拉力对抗风可靠度的提升作用越来越小;与背风荷载相比,柔性光伏支架在承受正风荷载时,结构抗风可靠度更低,预拉力对抗风性能的提升效果更显著.

隧道斜向超前系统锚杆支护效果及承载规律

为研究渝昆高铁斜向超前系统锚杆支护体系的力学特性,在乐业隧道开展了斜向超前系统锚杆现场试验,结合有限差分数值模拟,基于支护应力场的概念,实现斜向超前系统锚杆有效支护范围的定量描述,采用多指标(隧道位移差、围岩塑性区、围岩最小主应力)对斜向超前系统锚杆的支护效果进行定量评价。通过分析锚杆轴力、钢拱架轴力的分布特征,确定斜向超前支护体系的承载规律,并与现场试验结果进行验证和对比分析。结果表明:1)隧道开挖后,锚杆支护会形成支护应力场,即在开挖面附近形成了最大主应力增大区,而最大主应力的增大提高了岩体抵抗变形的能力;2)随着掌子面空间效应的减弱,斜向锚杆需要承担的围岩荷载逐渐增大,其有效支护的范围也逐渐增大;3)在掌子面附近,斜向锚杆支护提高了围岩的自承载能力,降低了拱顶、拱肩和拱腰处钢拱架的轴力,改善了钢拱架的受力特征。

西部矿区采动损害及减损开采的地质保障技术框架体系

【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变,是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境,同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损开采保障压力大等难题,基于煤炭采动损害预测与减损地质保障多学科交叉特点,突出地质条件的控灾机理和采动致灾模式,强调煤炭开采模式与地质结构演化全时空多场响应,分析采动效应下地质条件物质场、能量场、信息场的耦合机制,厘清损害模式和预警信息关键参量的映射关系,形成安全高效开采的地质保障策略和减损控灾工程技术体系。【结果和结论】研究思路为“孕灾环境→损害机制→过程响应→损害预测→防灾减损”,技术路线是“煤矿开采地质环境条件→地质结构演化规律及损害模式→多物理场演化全时空信息响应→损害监测及预测预警→减损保障工程技术”。核心内容包括:(1)剖析地质条件与致灾地质体的空间关系和成因联系,构建高精度的三维地质力学模型,阐明地质结构、开采条件和损害模式的映射关系,建立主控要素的特征参量数据库;(2)构建采动效应下的工程地质力学模型,研究开采方式、空间布局、采动速率等影响下地质条件结构的时空演化特征和损害机制,提出考虑地质体关键结构破坏演化规律的损害模式判识方法;(3)获取采动过程地质结构演化背景下的全时空多源信息响应,提出主控参量作用下的损害模式识别标准,进而厘清裂隙场、应力场、渗流场与地球物理场信息参量的镜像关系,建立基于地质条件物质场、能量场和信息场耦合响应的全时空信息映射模型;(4)构建地面-钻孔-井下的全空间、多方位、主被动的一体化多源监测体系,提出煤矿采动损害预测模型和预报方法;(5)构建基于损害源、损害模式、损害动力、损害通道剖析以及减损技术与效果评价于一体的减损控灾体系,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间的矛盾,为煤矿安全高效开采和防灾减损提供地质、力学、物理基础的科学依据。

浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究

针对浅埋综采工作面运输巷采用单体支柱超前加强支护工作面推采速度与支护速度不协调、工人劳动强度和安全隐患大、难以实现超前区域少人化等问题,以榆家梁煤矿52305工作面为工程背景,采用现场实测、数值模拟和理论分析相结合的方法,实测了单体超前加强支护条件下的运输巷矿压显现规律,对比分析了单体加强支护和锚杆(索)主动式加强支护两种情况下的巷道围岩安全稳定性,并通过理论分析计算了运输巷支护参数,校验了现场支护的适应性及安全性。研究结果表明:52305工作面运输巷围岩属于较稳定型,现场单体超前加强支护条件下,锚杆(索)承载均在额定载荷的85%以内,两帮应力分布基本对称,围岩移近量和松动圈很小,围岩稳定性较好,现场超前支护段支护强度偏富余。采动支承压力影响段,单体支柱主要对顶板0.6 m范围内的局部岩层具有加强支撑作用,远小于锚杆和锚索支护作用范围和强度。取消单体支护后,运输巷围岩依然能够保持安全稳定。在榆家梁煤矿52305工作面运输巷超前加强支护段进行了取消单体支护工程试验,验证了研究结论的可靠性。

TBM掘进煤矿深井巷道支护方案优化实践

针对煤矿深井巷道TBM掘进施工中围岩支护方案少有规范可供参考,支护施工须同时兼顾支护强度和支护施工速度等问题,根据煤矿深部地层岩层物理力学性质和地应力场参数等工程地质条件,开展TBM掘进巷道数值模拟,获得不同支护方案下围岩应力场、位移场演化规律,优选合理支护方案,并在TBM掘进煤矿深井巷道工程实践中应用。工程现场监测数据表明,巷道开挖后第70天,顶板下沉量和两帮收敛量停止增加,锚杆轴力停止增长,所采用的支护方案满足巷道围岩稳定性控制的需要。

膏体充填支架液压控制系统特性分析

为了提高支架支护性能与灵活性,确保其升降与移架过程的稳定性与可靠性,对液压系统立柱控制回路进行动态特性研究并对整体稳定性进行联合仿真。研究结果表明:立柱承载压力不超过1 000 kN时,外缸、中缸无杆腔压力最大分别为42.2、69 MPa,立柱的稳定性较好;当承载压力为1 100 kN时,外缸、中缸无杆腔压力最大分别为52.5、83.8 MPa,最大流量达到400 L/min左右,能及时泄压;基于ADAMS与AMESim的机液联合仿真,降柱、升柱时间分别为11.02、24.98 s,最大倾斜角度约为1.3°;通过对液压系统现场观测得出液压支架具有很好的支撑作用和稳定性,有效解决了以往充填开采时充填支架支护存在的问题,实现“采煤-充填”两班一循环的高效开采生产模式。

深厚软土区桩梁式路堤承载及变形特性现场试验研究

为探究深厚软土区桩梁式路堤的荷载传递机制及深层地基变形规律,对桩梁式路堤的桩梁顶和桩间土压力、分层沉降、地基侧向变形和连梁钢筋应力进行长期监测研究。结果表明:路面下桩梁顶平面处实测土压力明显大于路堤中坡下实测土压力;地基深层水平位移随深度增加且呈“鱼腹”形变化,最大侧向变形主要集中在路堤中坡下近临坡脚区域。地基分层沉降随深度迅速衰减,并于地表下6 m后逐渐趋于平稳,分层沉降的稳定具有“滞后性”。连梁发生上侧受压、下侧受拉的挠曲变形,有利于桩梁式路堤整体受力。最后,将现场实测结果、现有理论和规范方法计算所得结果进行对比,表明桩梁式路堤的土拱效应比桩承式路堤更明显。

带悬臂的张弦梁拉索-支座节点力学性能研究

为得到带悬臂的张弦梁拉索-支座复杂节点在不同工况下的力学性能变化规律,以及在设计荷载组合下的破坏模式,结合某大跨度张弦梁实际工程,通过建立多尺度有限元模型以及现场试验的方法研究了该节点在张拉过程中的应力、应变分布特征;通过局部节点有限元分析得到了节点的极限承载能力及破坏模式;并针对其受力特征对节点构造及壁厚进行优化。结果表明在施工及使用阶段,该节点应力均处于弹性范围内,满足力学性能要求;节点的破坏荷载约为设计荷载组合的3.2倍,破坏模式为耳板上拉索孔区域受拉破坏;优化后节点的应力分布更加均匀且合理,承载能力提高。

矿震诱发高应力巷道厚顶煤动力失稳机制

【目的】厚煤层沿底掘进煤巷普遍存在厚顶煤,工作面矿震对巷道厚顶煤产生动载作用,易诱发厚顶煤动力失稳和冒顶-冲击复合灾害,亟需探究矿震动载作用下巷道厚顶煤动力失稳机制。【方法】以陕西彬长矿区深部厚顶煤巷道为工程背景,调研分析深部高应力巷道厚顶煤动力失稳特征,数值模拟研究不同静动载作用下巷道厚顶煤多场演化规律,提出矿震诱发高应力巷道厚顶煤动力失稳机制。【结果和结论】结果表明,巷道厚顶煤冒顶区域距回采工作面较远,冒顶后裸露平整顶板,顶板锚索拉断,冒顶区域附近均发生大能量矿震,呈现冒顶-冲击复合灾害现象。随静载增加,巷道围岩裂隙发育深度及变形不断增加;随动载作用时间和动载强度增大,顶煤震动速度、加速度及裂隙发育程度不断增大,顶煤离层量显著增加;顶板锚杆索均位于顶煤裂隙发育区,支护性能大幅降低。静动载作用下巷道厚顶煤累积损伤及离层量不断增大,大能量矿震动载使浅部破碎顶煤震动速度及加速度显著增大,作用在锚索上载荷超过其承载能力,锚索被拉断,浅部破碎煤体以较高速度冒落,诱发厚顶煤动力失稳和冒顶-冲击复合灾害。在此基础上,提出了采用重建厚顶煤主被动支护和加强卸压的深部巷道厚顶煤动力失稳灾害的防治方法。

大跨度隧道主动支护施工体系及现场应用研究

深入研究了大跨度隧道主动支护施工体系及其现场应用,探讨了主动支护技术的不同类型,包括锚杆支护、预应力支护系统以及其他创新的主动支护技术,并详细阐述了大跨度隧道主动支护施工体系的整体设计原则,聚焦于施工过程中的关键环节,如钻孔作业、安装支护结构、施工监测与调整,讨论了大跨度隧道主动支护施工中的安全措施和质量控制,包括施工现场安全管理、质量控制系统、应急响应与风险管理等方面,强调了这些措施在维护工程质量和保障施工安全中的核心作用。

某煤矿深部软岩巷道围岩破坏特征及控制技术研究

深部矿产资源开发面临地应力大、巷道支护困难等问题。山西某煤矿−590 m水平运输平巷支护结构失效,巷道变形量大,对井下安全生产造成了较大的影响。针对原支护方案存在的问题,提出“锚网索一体化”支护思路,综合采用现场测试、数值模拟、工业实验等手段研究了巷道围岩破坏特征及控制技术。研究表明:(1)巷道围岩水平主应力较高,达到了39.08 MPa,是影响围岩稳定性的主要原因;(2)对不同支护方案巷道周边围岩应力场与塑性区分析表明,优化后支护方案垂直应力较原方案降低了14%,塑性区范围缩小了20%,“一体化”方案支护效果较好;(3)工业应用和锚杆(索)应力测试表明,当锚杆、锚索应力分别达到53.9 kN、389.12 kN时,较原方案提高了14.6%和15.4%,受力效果较好,巷道变形在30 d内控制在200 mm内,较原方案下降了约57%,实现了良好的支护效果。“一体化”支护形式可有效控制围岩变形,为类似地质条件的巷道支护提供参考。