基于有限元法的冻结温度场反演分析及预测

介绍了基于平面有限元模型的冻结温度场数值反演及模拟方法,考虑冻结孔实际偏斜和测温孔实测温度数据,进行冻结温度场反演和预测研究。得到模拟计算结果与冻结工程中测温孔温度实测值有较好的一致性,说明冻结计算温度场分布规律有较高的精度。     

冻结孔排间距对冻结效果的影响研究

为了解冻结孔布置形式对冻结效果的影响,提高冷量利用效率,并保证工程安全,通过构建二维温度场数值计算模型,对冻结设计参数进行了数值模拟研究。结果表明:(1)冻结孔排距是影响温度场的主要因素;冻结孔间距较小时,对温度场的影响可以忽略不计。(2)冻结孔排间位置温度与冻结孔排距成近似线性关系。同时给出了冻结设计的建议顺序。     

冻结法凿井中局部冻结技术对已成井壁保护的温度场分析

 甘肃陇东地区某煤矿竖立井原设计壁座底部886m,采用普通凿井法掘砌至472m处因涌水无法继续施工,采用冻结法补充施工。考虑冻结法可能对已成井壁结构的影响,在冻结孔内侧布设一圈温控孔。本文针对472m范围内冻结温度场选取典型层位建立二维模型进行数值模拟,计算分析当前温控孔布设形式及相关参数选取的合理性,并依据该分析进行实际布设。为工程设计和实施提供理论参考。     

北林区间2号联络通道双排冻结孔温度场形成研究

以广州市轨道交通7号线一期工程西延顺德段北滘新城站—林头站区间2号联络通道及泵房冻结工程为背景,通过试验,得到各土层的主要热物理参数;并利用ANSYS软件,进行瞬态温度场计算,分别获取关键冻结节点天数下的冻结壁温度场分布云图、交圈图以及路径A—B的温度变化曲线图,并计算了冻结壁平均温度;最后将现场实测温度值与数值模拟计算结果进行对比分析。数值计算得到的温度变化曲线与测温孔实测温度变化曲线基本一致,说明之前试验所得到的土体热物理参数是准确的,数值计算模型对本工程温度场的计算结果是可靠的,可以为本工程温度场及冻结壁的形成发展提供指导,亦可为条件相似的冻结工程提供借鉴。     

基于有限体积法的平面稳态温度场解算研究

根据能量守恒定律和傅立叶定律,采用有限体积法对二维稳态平面温度场进行求解,合理地确定控制体的大小,建立了平面稳态温度场问题的线性方程组及其离散模型。结果表现了平面温度场三角形单元变分计算公式的实际物理意义,提高了有限体积法的计算精度,为进一步研究有限体积法在求解温度场的应用打下了良好的基础。     

混凝土水化热对冻结温度场影响的测试与数值分析

针对井筒内衬浇注混凝土水化热对冻结壁温度场影响的工程实际,对井筒浇注混凝土后的冻结壁温度场进行监测,并应用有限元数值方法进行比较分析。结果表明本文所建立的有限元分析模型可以比较准确的计算冻结壁温度场的变化规律,对工程实际具有指导意义。     

地铁隧道半覆盖式冻结温度场特性研究

半覆盖式冻结加固方法主要用于软-硬交界地层的承载加固和地层封水。为提高工程效率和节约冷量,需对冻结法冻结过程中的温度场分布特性和发展规律进行深入研究。通过数值计算方法,构建了广州地铁8号线隧道三维数值计算模型,并对其冻结过程中的各位置平均温度、冻结壁厚度发展规律以及冻结孔布置优化方案进行了研究。结果表明:半覆盖式冻结与传统冻结存在明显差异,不同位置的冻结孔间相互作用强弱差别明显;受工作井散热影响,浅部区域冻结壁平均温度达标时间相较深部区域推迟16～27 d;冻结末期,冻结壁内外侧厚度比约为0.82～0.92。基于上述结论,提出了加密侧向冻结孔、增设浅部辅助冻结孔和调整冻结管轴面的优化设计方案。     

冻结法凿井施工中温度场计算探讨

以工程数学为工具 ,对冻结法凿井施工中的温度场进行理论探讨 ,推导出冻结区和降温区温度场的计算方法 ,并能利用推导出的计算方法解决实际问题 ,计算精度满足了工程实际的需要     

基于MIDAS/GTS的尾矿库三维渗流分析

为了较为真实地模拟实际地形条件对尾矿坝渗流场的影响,采用MIDAS/GTS软件自带的地形生成器导入实际地形,建立了二维、三维有限元模型,对实际工程渗流场进行了数值模拟,并计算出了浸润线的位置。结果表明,由于地形条件的限制,导致简化的二维模型的计算结果与实际监测值相差较大,而三维模型的计算结果与实际监测值基本吻合。     

立井煤层冻结温度场数值模拟与分析

冻结法施工很少遇到煤层,目前对煤层冻结性能的研究较少,资料缺乏。通过现场试样检测与查阅相关文献资料,选取适当的运算参数,并考虑冻结孔实际偏斜情况,建立数值模型,对大海则煤矿2号副立井625m深处的煤层冻结温度场进行了数值模拟分析,得到了预计井筒施工到该层位时,煤层冻结壁温度场分布云图和主、界面温度场特性曲线,以及其他冻结壁发展规律参数;最后对井筒通过煤层时的冻结和掘砌施工提出了建议。     

直线形单排管冻土帷幕平均温度计算

在人工地层冻结工程中,平均温度是评价冻土帷幕状态,进行冻土帷幕力学性能分析的基本参数,本文研究单排管冻结形成的冻土帷幕的平均温度计算。基于单排管冻结稳态温度场解析解,直接对温度场表达式进行积分运算,运用分部积分法和积分中值定理,得到了单排管冻结平均温度计算公式,根据工程中的实际参数取值进行了公式的简化。考虑到温度场解析解在冻结管区域的不适用,采用相同的积分策略求解冻结管区域对平均温度计算的影响,进行了平均温度计算公式的修正。使用A NSYS进行了单排管冻结的热学稳态数值模拟与平均温度计算公式的结果进行比对,考察管间距l=0. 4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4 m,相对厚度ξ/l=0. 5,0.6,0. 7,0. 8,1.0,1.5共6种冻结发展状态,根据试验报告进行土质参数取值,冻结参数为工程中常用取值。对比计算结果显示,公式计算与数值计算的结果较为吻合。当相对厚度大于0.5时,随着冻土厚度的发展(相对厚度的增大),理论计算结果与数值计算结果的差值迅速减小到0.5以内,当相对厚度大于0.6时,差值小于0.2℃当相对厚度为1及以上时,差值小于0.1℃。通过数值模拟验证了平均温度计算公式的准确性,也说明公式简化和修正的合理性,公式计算的误差满足工程应用的要求。     

直线双排管冻结壁平均温度的等效抛物弓形模型

在双排管冻结壁温度场的巴霍尔金（Бахолдин）解析解和考虑地层实际冻结温度时该解的修正解的基础上,建立了一种双排管冻结壁的平均温度解析计算模型--等效抛物弓形模型。该模型以冻结壁某一横截面厚度上的等效抛物弓形法计算的平均温度来等效整体冻结壁的平均温度。在实际工程中可能出现的冻结管平面布置参数变化范围内全面考察了冻结壁平均温度等效抛物弓形计算结果与依据巴霍尔金解析解数值积分计算结果的误差以及误差规律。结果表明,等效抛物弓形计算的冻结壁平均温度误差较小,具有足够的工程精度。     

基于ArcGIS和ICMP的矿山边坡自动数值建模与分析研究

以晋宁磷矿露采边坡为例,利用ArcGIS软件建立了边坡三维地层可视化模型,开发了转化插件;从三维地层模型截取典型二维地质断面,导出二维断面地层几何信息及材料信息;利用独立覆盖无网格质点法实现了从ArcGIS地层模型到数值计算模型的自动建模,并对该露采边坡典型断面进行了稳定性分析。应用实例验证了研究方法的正确性、实用性,及其良好的工程应用前景。     

破碎岩体注浆加固的二维分形平面模型构建与模拟分析

模拟注浆加固过程中注浆液在破碎岩体中的扩散特性时,构建与现场实际破碎岩体一致的几何模型对 模拟结果的准确性至关重要。 为构建与工程现场破碎岩体一致的几何模型,对于破碎岩体的注浆加固问题,提出了 一个构建破碎岩体二维平面模型的新方法。 首先,通过对破碎岩体的压水实验获得破碎岩体的透水系数;再根据裂 隙岩体的分形特征,运用透水系数计算破碎岩体的分形维数;最后根据分形维数确定最大和最小裂隙构建破碎岩体 的平面二维几何模型,并结合压水实验和数值模拟分析模型的可靠性。 结果表明:通过对分形维数所构建的平面几 何模型的数值模拟,对比分析数值模拟结果与现场压水试验结果,该方法能够获得与现场破碎岩体状况一致的二维 平面几何模型,为模拟分析破碎岩体的注浆加固提供可靠的参考。     

基于块体二维图形的岩块三维筛分尺寸研究

为实现破碎岩石的三维块度分布估算，研究了根据图像分割后的岩块二维图形计算岩块三维筛分尺寸的方法。通过块体三维形状参数ε和κ对块体进行分类，根据分类结果计算块体的等效尺寸作为过筛块度尺寸。利用岩体结构面网络模拟建立三维岩块模型集合，利用一组平面对其进行切割得到岩块对应的二维轮廓线，根据岩块二维轮廓线和岩块三维模型分别计算块体的二维和三维几何特征参数值，从而利用统计分析和回归分析建立二维和三维几何特征参数之间的关系，推导出通过二维几何参数计算岩块筛分尺寸的公式，最终得到定量的矿岩块度分布。实验对比表明，根据二维几何特征参数计算的块体筛分尺寸和三维岩块模型的块体实际筛分尺寸分布规律基本一致。     

人工冻土温度场的支持向量机法预测

 在冻结法凿井施工中,及时掌握人工冻土温度场发展,对于优化冻结方案、处理紧急情况有重要的意义。针对新建矿井实测样本较少的特点,利用基于结构风险最小化原理与小样本学习方法-支持向量机算法,建立了人工冻土温度场发展的支持向量机计算模型。采用不同的核函数的支持向量机对人工冻土温度场发展进行对比分析,确定了适合于人工冻土温度场发展计算的核函数。人工冻土温度场支持向量机模型计算结果表明,该方法是一种有效的方法,为人工冻土温度场的计算提供了一条新途径。     

白垩系地层深立井冻结壁形成规律数值模拟

为对比白垩系地层冻结孔有无偏斜情况下深立井冻结壁温度场的差异,以内蒙古泊江海子矿副井为工程背景,采用数值模拟方法,建立了冻结孔有无偏斜情况下的数值计算模型,同时结合实际测温孔量测数据,重点分析了冻结造孔偏斜对白垩系地层冻结壁形成规律的影响。     

基于组合赋权-灰色关联度法的冻结法凿井三圈管布置方案优化

针对特厚冲积层冻结法凿井多圈管布置设计难题,以两淮矿区丁集煤矿二副井冻结工程为背景,基于组合赋权理论和灰色关联度法对三圈管冻结方案进行优化设计。依据工程地质条件和冻结法凿井设计原理,采用ANSYS数值分析软件,构建了对应的冻结温度场分析模型;基于组合赋权-灰色关联度法,采用正交分析方法研究外排孔、中排孔圈径及孔间距对冻结壁温度场的影响。结果表明,外排孔圈径和孔间距对井帮温度、冻结壁厚度及冻结壁平均温度影响较大。结合冻结管施工特点,确定三圈冻结管优化布置方案为:中排孔圈径为23.5 m、孔间距为1.34 m;外排孔圈径为31.2 m、孔间距为1.75 m;数值分析预测值与现场监测结果较为一致,从而证明了数值分析模型的合理性。     

直墙式多排管冻结壁温度场和平均温度计算

将稳定温度场下单个冻结器产生的温度效应等效为无限介质平面中一个点冷源产生的温度效应,利用无限介质中点冷源产生温度效应的基本解,经线性叠加,可得到求解复杂布管稳定状态下冻结壁温度场的一般解法,给出了直墙冻结壁温度场有关基本算式,通过一个冻结壁的测温资料验证了基于上述计算方法的所得计算结果的精确性。在此基础上,研究了一排、二排、三排冻结管直墙式冻结壁的温度场、工程开挖面温度、全厚和承载厚度冻结壁的平均温度等冻结壁设计基本参数的推演,给出了便于计算的显式计算式,算例表明所得计算式用于冻结壁设计简便易行。     

考虑断层滑移应力波辐射特征的巷道支护参数优化研究

随着地下矿山开采向深部逐渐延伸,断层滑移引起的岩爆事件日益增多且破坏性极大,已经成为威胁矿山安全的重要因素。通过建立三维离散元模型,基于平面应变问题,开展了三维模型平面应变等效计算与二维离散元模型对比分析,结果表明该研究模型在三维空间模拟地震波的传播是可行的。通过研究辐射特征对应力波传播的影响,揭示了P/S波传播过程的方向性并进行了验证,计算结果符合断层滑移的双力偶模型。在此基础上,通过与Kaiser等提出的设计尺度率公式进行对比,发现已有的设计尺度率公式并不能完全满足工程实际要求,利用三维离散元程序开展数值计算分析能够进一步优化支护参数,以此更好地服务矿山支护系统设计,确保地下矿山安全高效开采。