山地城市建筑物施工对邻近既有轨道交通隧道影响的安全分析

近年来,山地城市重庆轨道交通建设快速发展,在既有轨道交通隧道附近修建建筑物,如何确保轨道结构安全已成为目前社会关注的焦点。依托重庆某实际工程,基于Midas/GTS NX 2017 R1软件建立有限元模型,得到了建筑物地基开挖和建筑修建对明、暗挖隧道变形的影响,分析了施工过程中轨道交通隧道结构弯矩、轴力、剪力等受力情况,并进行隧道衬砌内力验算。数值模拟结果验证了该建筑物针对轨道交通结构安全保护设计的可靠性和安全性,并可以有效指导施工,同时,该分析方法也为山地城市其他类似工程提供了经验。     

蠕变-渗流耦合作用下不同埋深有效抽采半径研究

为了研究不同埋深有效抽采半径,建立了钻孔周围煤体黏弹塑性模型,研究了不同埋深钻孔孔径变化规律及有效抽采时间,建立了蠕变-渗流耦合作用下的瓦斯运移模型,确定了不同埋深钻孔的有效抽采半径。研究结果表明:深部煤层有效抽采半径受到煤体蠕变变形加剧、渗透率降低及瓦斯压力升高的综合作用;试验矿井埋深400及600 m煤体蠕变变形较为平缓,钻孔缩孔幅度有限,仍维持较好的抽采通道,所有抽采时间均为有效抽采时间,但是埋深800 m煤体蠕变变形愈加剧烈,钻孔缩孔速度快速增加,仅30 d就会堵塞抽采通道,其有效抽采时间仅为30 d;埋深400,600和800 m钻孔3个月的有效抽采半径分别为2.88,1.62和0.82 m,数值计算结果与现场实测相吻合,研究成果可为抽采钻孔的优化布置提供参考。     

煤质页岩压缩变形特性及损伤破坏辨识试验研究

为了探索煤质页岩的压缩变形及损伤破坏特性,利用MTS岩石材料力学试验机,得到了煤质页岩的单轴和三轴压缩试验曲线,研究了单轴三轴压缩全过程中页岩损伤软化特征的异同;在此基础上,研究分析了页岩压缩过程中外力功、能量耗散以及能量释放机理,结合页岩特性和岩石强度破坏理论,建立了基于能量原理的页岩损伤演化本构方程:①单轴应力状态下,页岩损伤全过程可用能量原理损伤本构方程模拟;②三轴应力状态下,当轴向应力小于围压时,页岩本构关系可近似用线性方程模拟;当轴向应力大于围压时,应用基于能量原理损伤本构方程进行模拟.模型与试验结果对比分析显示,所建的模型力学参数简单,物理参数意义明确,能充分描述页岩单轴应变软化及三轴应变硬化阶段变形特征.     

基于有效分子自由程的纳米孔隙气体传输模型

煤体纳米孔隙内气体传输模型是低渗煤层瓦斯运移规律中尚未解决的关键科学问题之一,前人所建模型很少考虑微观边界限制对纳米孔隙通道内气体分子自由程的影响.论文根据气体动力学理论,修正了纳米尺度孔道内气体动力黏度及气体分子平均自由程,进而修正了Knudsen数;将修正的Knudsen数结合前人模型,建立了考虑微观边界限制的纳米...     

燃气管道自进式旋转射流解堵工艺研究

针对燃气管道中堵塞较为严重或管壁存在坚硬的垢层、锈层时,传统解堵方式难以达到清洗或解堵效果的情况,提出了自进式旋转射流解堵工艺,对关键设备———自进式旋转喷头的关键参数展开了研究,得出了计算公式。     

井下水力压裂煤层顶板应力监测及其演化规律

针对井下水力压裂过程中未考虑水头压力对煤层顶板地应力的影响,导致煤层顶底板容易被破坏的问题,以松藻矿区同华煤矿水力压裂为例,采用空心包体应力计监测压裂过程中顶板应变变化规律,根据岩石应力-应变关系及检测结果计算出压裂前后煤层顶板地应力增量的大小和方向,分析水力压裂水头压力对煤层顶板地应力的影响规律.结果表明:(1)煤岩体起裂时,顶板主应力增量达到最大值且与煤层起裂压力在数值上基本相等,以煤层起裂方向为基准,主应力的方位角与倾角均发生了相应的旋转;(2)煤层起裂后顶板主应力增量急剧减小,主应力方位角和倾角逐渐恢复至初始状态;(3)停止压裂后,顶板主应力较初始状态均有所增大,主应力方位角和倾角与初始状态基本一致,说明水力压裂能够改变煤层顶板应力状态.     

考虑流变特性的水力冲孔孔径变化规律及防堵孔技术

通过分析水力冲孔周围煤体的受力特征,建立了考虑煤的塑性软化和扩容特性的水力冲孔周围煤体黏弹塑性模型,分析了水力冲孔的卸压增透效果和孔径变化规律,制定了防止钻孔堵塞和注气驱替技术。研究结果表明：① 水力冲孔措施可以大幅度提高周围煤体的渗透率,冲煤量越多,水力冲孔的卸压范围越大,煤体的渗透率提高的幅度越大;② 由于煤的流变特性水力冲孔钻孔会产生缩孔现象,地应力越大,煤体强度越低,钻孔周围煤体的蠕变变形越剧烈,钻孔就越容易被堵塞,一旦抽采通道被堵塞,瓦斯抽采效果就会大幅度的降低;③ 采用下套管防堵孔技术,人工保留一条抽采通道,可长时间抽取高浓度瓦斯,抽采效果提高了2.7倍;④ 注气驱替与水力冲孔技术结合,单孔抽采纯量增加了8.1倍,可有效的提高瓦斯抽采效果。     

实验研究喷嘴磨损规律的新方法

喷嘴属深长孔结构,传统方法难以得到喷嘴磨损随时间的变化关系。设计了拆分喷嘴,便于直观地观察喷嘴磨损情况。对总长35 mm的喷嘴进行磨损实验,得出喷嘴磨损随时间的变化关系,结果表明:喷嘴的磨损依次发生在收敛段与直线段过渡段、距直线段进口5～10 mm段、距直线段进口20～22 mm段;在上述3段中各选取1个典型断面进行分析,得到典型断面腔室直径随时间的变化关系,分析了各断面在不同时间磨损量不同的原因;分析了喷嘴磨损对切割能力的影响,结果表明:距直线段进口5～10 mm段磨损到一定程度后,磨料会发生严重的偏转,导致切割能力下降,喷嘴下游急速磨损,表明距直线段进口5～10 mm段为延长喷嘴使用寿命的关键部位。     

水力喷砂射孔喷嘴的数值模拟及试验研究

针对收缩型喷嘴内部结构长径比(直线段长度与直径的比值)严重影响出口射流的冲蚀性能这一关键问题,研究了喷嘴内部射流加速机理,得出长径比是影响喷嘴出口射流速度的最主要因素之一;针对工程中5吋套管常用喷嘴结构,选取不同喷嘴直径和直线段长度,利用FLUENT软件计算了35组模型(直线段长度为6~12 mm,直径为4~6 mm),结果表明:射流速度最大时喷嘴长径比存在一个最佳值,本次计算射流出口速度最大时长径比为1.8;实验室按照数值计算模型加工35个不同长径比喷嘴,利用粒子图像测速系统(PIV)进行非接触式试验,分析实验结果,揭示了长径比对喷嘴出口射流性能的影响规律,验证5吋套管常用喷嘴(总长度为17 mm、收缩角30°)出口射流最大时对应的长径比1.8,试验结果与数值模拟一致.