深井采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论

与浅部相比,深部巷道特别是千米深井采动巷道,地应力高、采动影响强烈,导致巷道围岩变形大、持续时间长、破坏严重,目前的理论不能科学解释深井采动巷道的围岩劣化、大变形与破坏机理。深部开采条件下的巷道围岩大变形破坏理论已经成为煤炭深部开采面临的重大课题之一。为此,采用现场调研与试验、实验室实验、数值模拟和理论分析等方法,从应力强度比出发,并考虑偏应力和梯度应力,提出了采动系数的概念;从力学本质和工程应用的角度明确了巷道强采动和大变形的概念,探讨了其科学内涵,并初步提出确定了强采动和大变形的量化的评价方法;在此基础上,基于深井强采动巷道围岩所处应力环境及其大变形特征,初步提出了深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论框架。其核心思想是巷道围岩结构运动、围岩劣化、梯度应力和偏应力诱导围岩裂隙扩展、软岩流变与结构性流变大变形、破裂岩体长时扩容;基本问题包括深井采动巷道围岩应力路径、考虑应力路径的偏应力和梯度应力对巷道围岩的作用机理、巷道围岩锚固承载结构流变大变形、巷道围岩结构失稳大变形等。偏应力和梯度应力导致巷道浅部围岩张拉劈裂扩容和承载区围岩剪切滑动,且承载区围岩剪切滑动对浅部张拉劈裂围岩产生向巷道内的推力,扩容与推力导致浅部锚固体出现结构体滑移流变和整体性的挤入。由传统的软岩流变上升至软岩流变与锚固体结构性流变大变形。巷道围岩结构失稳大变形包括上覆岩层大结构失稳导致的整体移动大变形和松动圈内破裂岩体运动失稳大变形。提出的深部采动巷道围岩流变和结构失稳大变形理论从深部环境、深部岩体及强烈施工扰动相互作用出发,揭示深部巷道围岩应力场时空演变规律和大变形与破坏机理。     

基于SBAS-DInSAR的大宁矿区多工作面开采地表沉陷规律研究

针对常规DInSAR监测方法对多工作面开采沉陷预计难度较大的问题,以大宁矿区为例,利用小基线集技术对研究区9景PALSAR数据进行时序处理,去除轨道误差、残余数字高程模型误差和大气延迟误差,得到研究区沉降速率图、时序累计沉降图,并利用实测数据对SBAS-DInSAR的反演结果进行验证。首先分析了2007年1月—2008年7月的矿区地表沉降速率;其次选择了沉降范围较大的研究区东部P101、P102、P103工作面作为研究对象,分析正在开采的工作面对已采工作面的影响;最后讨论了开采工作面走向和倾向方向观测点的累计沉降特征,总结了矿区多工作面开采沉陷规律。研究表明:矿区开采工作面上方地表发生的沉降范围广、速率快,在多工作面开采作业条件下,相邻工作面的开采会使已采工作面上方的地表移动衰退期延长,且随着时间的推移,地表累计沉降值增加,矿区沉降总体趋势体现出下沉盆地特征;SBAS-DInSAR技术可以有效监测矿区多工作面开采地表沉陷,可为类似矿区开采沉陷高精度监测提供参考。     

纳米材料改性膨润土膨胀变形特性研究进展

纳米材料因其优异的导热性、吸附性和力学性能,被用于核废料处置库首选缓冲/回填材料——膨润土的改性研究。鉴于膨润土的膨胀变形特性在处置库设计中具有重要的作用,文章梳理了各种类型的纳米材料对膨润土膨胀变形的影响规律,分析了纳米材料改性膨润土的膨胀变形机理,并对未来的研究工作提出了合理的建议。     

温度对齿轮齿根应力分布的影响分析

对直齿圆柱齿轮的热边界条件进行计算,利用ANSYS Workbench对齿轮模型进行温度场分析。经试验验证仿真结果具有一定的可信性后进一步分析齿轮齿根的热应力及热变形。对比齿轮在结构场与热-结构耦合场不同啮合位置时的齿根应力结果,得到两种情况下的齿根应力的分布形式及数值大小均有明显差别。经分析得到热应力会改变对齿根应力的分布形式及齿根最大应力出现的位置,热变形对齿根应力值的大小产生明显影响。因此研究温度对齿根应力的影响具有一定的理论意义和实际应用价值。     

驱动桥锥齿轮错位量的有限元建模和分析

针对驱动桥锥齿轮在设计分析时所需的错位量参数难以获得的问题,在考虑轴承刚度耦合非线性的基础上,建立了包括传动轴、轴承、锥齿轮、差速器等部件在内的驱动桥传动系统的完整有限元模型。在驱动桥桥壳和主减速器壳体建模过程中,考虑刚度的影响,使用有限元模型提取了刚度矩阵,提出了一种驱动桥有限元建模方法;通过搭建的驱动桥仿真分析模型,模拟了真实工况,计算了模型的系统变形,分析得到了锥齿轮设计时所需的错位量。研究结果表明:该方法能对驱动桥包含的各部件进行建模,可模拟试验中的载荷工况,且模型计算分析周期短,仿真结果精度满足工程需求,能够实现对锥齿轮错位量的计算分析;同时,该结果对驱动桥传动系统其他部件的设计和分析也具有一定的借鉴意义。     

沿空切顶成巷段巷道围岩变形规律研究

以宏景塔一矿回采工作面为研究对象,基于切顶卸压无煤柱自动成巷技术原理,采用数值模拟计算和现场实测的方法,对该矿成巷段巷道围岩支承压力分布及围岩变形规律进行分析。研究结果表明:随着工作面向前推进,巷道围岩支承压力呈先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势,支承压力稳定值为13.5 MPa;受工作面回采动压的影响,距离工作面70 m以内,锚索受力急剧增大到恒阻值、巷道围岩变形明显;距离工作面70~150 m,锚索受力迅速减小、巷道围岩变形逐渐变缓;在距离工作面150 m之后,锚索受力仅有微量变化、巷道围岩变形趋于稳定。因此确定支护体回撤保守安全位置为工作面后方150 m。工程实践表明:所设支护体回撤距离能够应对巷道围岩变形,成巷效果良好。     

软土地区深大基坑开挖变形控制关键技术

杭州环城北路—天目山路提升改造工程01标某明挖基坑地处城市交通要道,基坑两侧建(构)筑物繁多,且基坑开挖跨度大、距离长,使得基坑开挖对周围建(构)筑物影响风险增大。采用分区开挖法,即平面方向分段、纵向放坡,将基坑分为若干小段的方法进行基坑开挖。现场监测数据结果表明,地下连续墙水平位移、地表沉降、邻近建(构)筑物变形均小于对应变形控制指标,表明在软土地区进行深大基坑开挖,分区开挖是控制变形的有效方法。     

浅析600mm×1200mm×20mm超厚砖马鞍形的产生原因及解决方法

问:我们工厂有一条内宽为2.5m、长度为280m的辊道窑炉,生产600mm×1200mm×10mm、600mm×600mm×20mm和600mm×1200mm×20mm不同规格的产品,烧成周期在40~90min之间,产品吸水率控制在0.1%~0.5%之间,在生产过程中,不管生产什么类型的产品,在坯料和釉料不变的情况下,出窑坯体都很容易出现前后边下弯、左右边上翘的马鞍状变形,其变形数据如下:坯体前边+0.2mm^+0.4mm,坯体后边+0.15mm^+0.3mm;坯体左边-0.3mm^-0.5mm,坯体右边-0.2mm^-0.6mm。     

FDM 3D打印工艺参数对PLA制件力学性能的影响

采用五因素四水平正交试验设计,对16组不同工艺参数(打印层厚、填充密度、打印温度、填充速度、外壳厚度)的FDM 3D打印聚乳酸(PLA)制件力学性能进行了测试和结果分析,确定了影响PLA制件力学性能的主要因素,其中,外壳厚度对制件力学性能影响最为明显,打印温度影响最小,同时分析得到了在打印层厚0.15 mm,填充密度40%,打印温度210℃,填充速度60 mm/s,外壳厚度1.6 mm条件下可获得力学性能最佳的制件。最后对试验数据进行回归分析,拟合得到了FDM打印工艺参数与PLA制件力学性能指标的数学模型;通过对不同打印工艺参数的试样进行试验验证,表明该模型拟合误差小(5%以内),可靠性高,可用来对FDM 3D打印制件的加工提供参考。     

双相区加速冷却处理对X80管线钢组织与性能的影响

采用双相区加速冷却法(加速冷却始冷温度为700 ℃)对X80管线钢进行热处理,获得了贝氏体和铁素体(B+F)双相组织。然后通过组织表征、力学性能测试以及在3.5wt%NaCl溶液中的耐蚀性进行研究。结果表明:热处理后获得的管线钢组织由板条状贝氏体、多边形铁素体及少量马氏体/奥氏体岛组成。与热处理前相比,(B+F)双相管线钢屈强比较低,为0.65,初始加工硬化指数为0.31,均匀伸长率达8.3%,塑性显著提升;双相组织中含有52.4%的铁素体,因而耐腐蚀性明显提高。通过双相区加速冷却法获得的(B+F)两相组织在塑变过程中发生协调变形,可以适应大变形的需求,同时耐蚀性优异,为大变形管线钢实际生产提供一定的借鉴。