矿井瞬变电磁超前探测物理实验

采用盐水充当均匀围岩介质,使用玻璃槽充当巷道空间,建立了含巷道全空间瞬变电磁超前探测的物理模型,根据矿井瞬变电磁超前探测扇面扫描的数据采集方式,对柱状良导体与低阻薄板的超前探测响应特征进行了实验模拟。结果表明:异常体在瞬变电磁超前探测扇面扫描的多测道剖面图上存在异常响应,异常响应特征与异常体的空间位置、空间形态有关;当柱状良导体位于掘进工作面正前方时,3个扫描方向响应最强,晚期道出现"双峰"异常;低阻薄板与柱状良导体的响应不同,多测道剖面图上响应值增大过程中无明显"台阶"状的跃变,响应值增大趋势与薄板倾向一致。

砂岩地层渗流过程非饱和厚度变化的地电测试

通过砂岩地层渗透过程中不同部位的地电场响应特点试验,获得了砂岩断面渗水过程中地电场参数瞬时响应规律。注水渗透过程中,模型各电极测试点位置的自然电位均呈现为升高的趋势,并且砂层非饱和厚度与自然电位值之间体现出很好线性相关关系。在水位上升至测点位置后,激励电流出现阶跃突变,之后呈现为一个相对平稳的数值。利用渗流过程中不同位置自然电位和激励电流的变化特征,可判定砂层中水的渗流方向、渗流速度和渗漏点位置。

北皂海域煤矿顶板软岩试样渗透性试验研究

针对北皂海域煤矿顶板岩层的隔水性问题,进行了顶板岩样的渗透性试验。根据岩样渗透率变化与其破坏过程的对应关系,分析了全应力-应变过程中岩样渗透性随其变形变化的特点及渗透率-应变和渗透率-应力之间的关联性。结果表明,北皂海域煤矿顶板为典型的软岩,可分为砂岩、泥岩和含粗砾砂岩3组,全应力-应变过程岩样渗透率变化过程可划分为压密-弹性段、峰前屈服段、峰后段3个区间;砂岩与含砾粗砂岩、泥岩相比,其变形破坏曲线更为均匀;用临界抗渗强度与峰值强度的比值或临界抗渗应变与最大渗透率应变的比值能较好反映软岩渗透率变化规律。

煤系岩石脆性破坏临界电磁辐射信息分析

根据煤系岩石加载破坏过程中的电磁辐射信息与其受载变形破坏过程的相关关系,分析了煤系岩石脆性破裂前的电磁辐射信号突增现象.通过试验数据和用岩石破坏重整化群理论系统研究岩石破裂前临界点的电磁辐射信息识别条件.单轴荷载条件下,临界点对应的应力和岩石峰值应力比值在其临界比大都在70%与80%之间,均值75%左右,误差在±9%以内,表明岩石内部微裂纹的形成与原有裂纹的扩展是电磁辐射活动的主要原因.上述研究可为煤岩动力灾害防治提供有力的依据.

红阳矿区深部采区冲击地压综合预测及危险区域划分

为研究红阳三矿深部采区冲击危险程度,结合采区实际地质和生产条件分析并确定了冲击地压影响因素,把采深、上覆7#煤层遗留煤柱作为关键影响因素。采用综合指数法,对采区划分的网格进行冲击危险指数计算。根据计算结果,该采区地质影响因素综合指数为0.65属于中等冲击危险;开采条件影响因素中最大冲击指数为0.83,为强冲击危险;并对采区进行了冲击危险区域划分,其中受关键因素和火成岩墙影响区域为强冲击危险区域。

溶蚀作用对破碎泥岩渗透特性的影响

为研究溶蚀作用对破碎岩石渗透特性的影响,研制一种可测量质量流失条件下破碎岩石渗透特性的试验系统.在破碎泥岩的渗透试验中掺入岩盐模拟自然条件下存在的溶蚀现象,加速溶蚀过程.讨论溶蚀作用下破碎泥岩渗透特性的演化规律,分析溶蚀作用下渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径对破碎泥岩渗透特性的影响.结果表明:溶蚀作用导致破碎岩石内易溶物质和细小颗粒的流失极易破坏岩样内部的孔隙结构和骨架结构,由此造成结构内部导水通道的扩大和渗透参数的突增.其渗透参数基本与渗透压力、岩盐质量和泥岩颗粒粒径呈正相关关系.且对于渗透压力较大、岩盐质量较高和泥岩颗粒粒径较大的岩样,由于溶蚀作用的存在容易发生更明显的导水通道扩大现象.此外,在岩样的渗流过程中,也存在由于颗粒迁移导致的导水通道堵塞造成的渗透参数逐渐减小的现象.

高温冻土剪切力学特性试验研究

利用重塑土的直剪试验,探讨-2℃条件下青藏地区3种不同土性(粉质黏土、粉砂、细砂)冻土的直剪力学特性。结果表明:高温冻土剪切特性与土性、密度、含冰量密切相关;剪切位移-剪应力曲线在相对密实条件下呈应变软化型,而在相对松散状态下呈应变硬化型;不同密实条件下粉质黏土的内摩擦角随含冰量的增加表现为先降低后增加,而细砂的内摩擦角随含冰量的增加而增加;在相同含冰量条件下粉质黏土、细砂的内摩擦角随密度的增加而增加;粉砂在不同密实条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土类似,但在相同含冰量条件下内摩擦角随密度的变化规律与粉质黏土、细砂相反;-2℃条件下不同土性高温冻土黏聚力随密度、含冰量变化的规律不明显。高温冻土地区的工程建设应根据土性、密度、含冰量情况合理选取抗剪强度指标。

混凝土细观断裂模拟及损伤演化表征

为定量表征混凝土破坏过程中裂纹扩展及损伤演化规律,借助激光扫描技术与骨料投放算法构建混凝土细观结构模型,结合室内试验,基于连续-非连续单元方法(continuous-discontinuous element method,CDEM)对数值混凝土切面细观模型进行单轴压缩数值模拟。结果表明:模拟所得应力-应变曲线及破坏模式与室内试验吻合较好;混凝土细观损伤演化过程表现为裂纹萌生、扩展、贯通、最终破坏的典型阶段特征,细观破裂度可揭示混凝土在破坏过程中的细观损伤演化规律;分形维数能够定量表征混凝土受压破裂过程中裂纹发展的复杂随机性,sigmoid型演化模型适用于描述混凝土单轴压缩裂纹分形维数的非线性演变过程。

煤层处置CO_2的二元气-固耦合数值模拟

利用不可开采煤层处置二氧化碳可以有效控制温室气体的排放量并可驱动和增加煤层气资源的开采量。二氧化碳注入煤层处置后引入一个复杂的CH4-CO2二元气体与煤体的气固耦合问题,耦合了二元气体竞争吸附、竞争扩散,气体渗流以及煤体变形过程。基于COMSOLMultiphysics建立了二元气固耦合的有限元数值模型,并应用数值模拟实验对二元气固耦合进行了机理分析。模拟结果表明,CO2注入煤层后不断驱替CH4,CH4组分明显减少;气体吸附引起的煤层膨胀量可以抵消部分有效应力引起的压缩变形,由于CH4-CO2二元气体较单一CH4引起的煤层吸附膨胀量大,二氧化碳注入煤层后可以缓解煤层的压缩变形;不同孔隙压力条件下,吸附膨胀与孔隙压力两者竞争作用引起的煤层净变形不同,而净变形也控制着煤层孔隙压力和渗流率的变化,煤层渗透整体呈现先降后升,模拟进行到4.66×107s时煤层渗透率发生反弹。

付家冲隧道监控量测与稳定性评价

监控量测在隧道新施工过程中起着重要的安全与指导作用。付家冲隧道左洞ZK26+081断面和右洞YK25+547断面在施工过程中出现塌方,是影响隧道施工进度最严重的两次。结合工程具体情况,从监控量测和地质超前预报两方面提出塌方预警,从岩层分布、雨水侵蚀作用和施工方法等方面分析塌方原因。针对以上两个典型塌方段,通过监控隧道的收敛位移和拱顶下沉量回归分析,反映隧道围岩的稳定状态,并与实际工况进行对比论证。结果表明,对于V级弱风化页岩隧道施工过程中,极易发生塌方事故,必须结合隧道监控量测技术,及时提出塌方预警,指导施工。

深厚表土中冻结壁与井壁相互作用的数值分析

冻结壁对井壁的作用力构成了深厚表土中冻结井外层井壁的外载;其增长规律与冻结壁与井壁之间的聚苯乙烯泡沫板压缩性能密切相关。为研究深厚表土中冻结井外壁外载的取值方法,以华东某冻结凿井工程为背景,基于冻土的弹塑性及蠕变本构方程,开展了冻结凿井过程中冻结壁与井壁相互作用的数值分析。结果表明:冻结壁对井壁的流变作用力极为显著;泡沫板的存在及其压缩性,可显著降低冻结壁作用力,尤其是弹塑性及流变作用力Pepc的数值,并影响其增长速度及增长规律;随着泡沫板压缩性降低直至泡沫板取消,冻结壁作用力由低速、近似线性增长,变为高速、非线性增长,从而易对井壁的早期安全构成威胁。因此,冻结凿井工程设计与施工中,应针对冻结壁的流变变形特性,审慎地研究确定泡沫板的材质及厚度。

高压冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系

为揭示深厚表土冻融土-混凝土结构接触面剪切力学特性,利用改进的DRS-1高压直残剪试验系统,开展系列高法向应力、升温条件下冻(融)土-结构接触面直剪试验,总结高应力作用下不同融化程度冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系曲线的基本特征.通过试验分别建立峰值前和考虑应变软化特征的高应力、升温条件下冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变经验方程,探讨接触面剪切应力极值和初始剪切模量随法向应力水平、融化程度等的变化规律.结果表明:随融化程度的加深,冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系曲线形态由具有应变软化特征逐渐转变为具有应变硬化特征;当接触面剪切应变较小时(峰值前),标准的双曲线模型对高应力、升温条件下冻(融)土-结构接触面剪切应力-应变关系仍具有良好的适用性;而具有应变软化特征的全过程剪切应力-应变关系可采用改进的双曲线模型描述.

降雨入渗路基湿度场演变规律

为研究受地下水位高度差异的影响降雨入渗路基湿度场的分布与变化状态,基于饱和-非饱和土渗流理论,构建了5种具备不同初始地下水位的路基数值试验模型.通过分析两种降雨强度情况下的试验结果,总结了湿度场变化的主要规律,并阐述其根本机理.结果表明:降雨雨强越大,地下水受到扰动抬升越显著,路基层位越低,其湿度和扰动区扩距受地下水影响越显著;随着初始水位降低,路堤湿度极差的增幅呈二次曲线增大并至稳定值,扰动区水平扩距呈二次曲线减小并至稳定值;工况一定,则对应存在一个平衡水位线,当初始水位在其之下时,对路基湿度演变影响甚微,反之,随着初始水位的增高,路基湿度增幅呈对数递增.处于平衡水位之上时,初始地下水位高度对降雨入渗路基引发湿度场的分布与变化状态影响显著.

扭剪荷载作用下桶形基础承载性能的弹塑性有限元数值分析

针对均质软黏土地基上扭剪荷载作用下桶形基础的破坏包络面,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维非线性数值分析.通过比较系统的数值计算与分析,分别考察了V-T、H-T、V-H-T空间内桶形基础的地基破坏模式以及破坏包络面特性,进而推导了其破坏包络面的拟合数学表达式.由此表明:(1)桶形基础在扭剪荷载作用下,以桶体中心为圆心,形成圆形塑性区,并且不断地向外扩展,距离桶体越近的区域塑性应变相对较为显著;(2)V-T、H-T空间内桶形基础的承载力性能随着桶体长径比(L/D)的增大而提高;(3)推导的破坏包络面拟合数学表达形式,可以近似地表达桶形基础的承载性能,以此评价扭剪荷载作用下桶形基础的稳定性.

爆炸载荷下边界锐V型切口尖端裂纹扩展行为

为了研究爆炸应力波作用下板条边界锐V型切口端部的动态扩展行为,采用动态焦散线实验方法,进行了爆炸载荷下板条边界锐V型切口端部裂纹扩展规律的实验研究。研究结果表明,爆炸应力波作用下,板条试件边界锐V型切口端部的扩展过程中,裂纹扩展速度、加速度和切口端部动态应力强度因子随时间是波动变化的。扩展速度最大值达到210m/s,裂纹扩展加速度最大值为9.47Mm/s2,切口端部动态应力强度因子KdⅠ最大值为0.6MN/m3/2。

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.

扭剪荷载下横观各向异性软粘土内桶形基础承载性能分析

作为海洋平台的基础部分,吸力式桶形基础除了承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用,还要承担风、波浪等扭剪荷载作用,但目前对于吸力式桶形基础的扭剪承载力尚缺乏合理的计算模式和分析方法。针对软黏土横观各向异性,采用有限元数值分析方法,研究了扭剪荷载作用下桶形基础承载性能,据此进行了一系列变动参数比较计算,并对大量的计算结果进行了系统的分析,所得到的数值计算结果与分析结论为工程设计提供了参考依据。

断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.

基于联合特征和XGBoost的活动语义识别方法

针对以往活动语义识别研究单纯提取时间维度上的序列特征以及周期特征、缺乏对空间信息的深度挖掘等问题,提出一种基于联合特征和极限梯度提升(XGBoost)的活动语义识别方法。首先,挖掘时间信息中的活动周期性特征和空间信息中的经纬度特征;然后,使用经纬度信息通过具有噪声的基于密度的聚类(DBSCAN)算法提取空间区域热度特征,将这些特征组成特征向量来刻画用户活动语义;最后,采用集成学习方法中的XGBoost算法建立活动语义识别模型。在FourSquare的两个公共签到数据集上,基于联合特征的模型比基于时间特征的模型在识别准确率上提高了28个百分点,与上下文感知混合(CAH)方法和时空活动偏好(STAP)方法对比,所提方法的识别准确率分别提高了30个百分点和5个百分点。实验结果表明所提方法与对比方法相比在活动语义识别问题上更加准确有效。

无线传感器网络中载体的自主移动策略

针对部署在复杂环境中或者不易抵达区域的无线传感器网络(WSN)由于受环境影响,其节点修复、定点投放或搜索救援等环节存在人身安全、不易修复等问题,提出一种WSN中载体的自主移动策略。该策略首先基于少量锚节点,结合最大似然估计算法和接收的信号强度指示(RSSI)定位技术实现移动载体自身定位;然后依靠数学模型,根据当前获取的定位信息及目标节点坐标,完成下一步目标节点的选取和前进角度的修正,以最终实现移动载体的自主移动。仿真结果表明,该策略能够确保载体沿较短路径,在较短时间内到达目的地;且传感器节点密度越大,该策略成功率越高,分别对规模为130、180、300的无线传感器网络进行了仿真,成功率高达96.7%。