厚煤层大采高综采工作面长度合理性分析

神华宁夏煤业集团羊场湾煤矿6.2m大采高工作面煤层倾角达8°～20°,走向起伏角为8°～12°;其工作面赋存条件之复杂在国内外大采高开采领域很少见。根据工作面生产布局和开采现状,综合考虑了设备因素、经济因素及安全等因素。通过建立长度优化力学模型并运用非线性规划法和工程类比法手段初步对大采高工作面长进行了论证和分析。结果表明,大采高工作面最佳优化长度在经济上存在的合理值并非越大越好,在采高为6.2m的条件下,工作面长度选取300m较为合理。     

碳纳米管/环糊精金属有机骨架协同强化混合基质膜的CO2分离

为了实现混合基质膜中CO₂的高效分离,设计了羧基化多壁碳纳米管(CNT)和氨基化β-环糊精金属有机骨架(β-CD MOF)双填料(CM),并将其引入磺化聚醚醚酮(SPEEK)基质中,在膜内同时构建CO₂扩散通道和亲和位点,增强了混合基质膜的分离性能。采用FTIR和BET表征了CM的化学结构和孔结构,借助膜的SEM、FTIR和力学性能表征了填料-聚合物界面相互作用。研究了CM的合成比例、含量、压力、温度和混合气等因素对混合基质膜分离性能的影响。结果表明：CM与SPEEK之间具有良好的相容性并为气体分子提供了快速的传递通道。在改性CNT与MOF的质量比为5∶5、添加量为7%(质量)以及0.1 MPa和25℃的条件下,混合基质膜的分离性能最优,CO₂渗透性为844 Barrer,CO₂/N₂选择性为84,与纯SPEEK膜相比,分别提升了178%和163%,超过2019年上限。羧基化CNT的直孔通道缩短了CO₂的扩散路径,同时改性β-CD MOF表面的氨基载体提升了CO₂的溶解性,两者协同提高了混合基质膜的分离性能。此外,负载双填料的膜比单独负载相同含量的羧基化CNT或氨基化MOF的膜具有更好的分离性能。在360 h的测试过程中,混合基质膜保持较好的分离稳定性。     

注水泥流体密度与流变参数匹配的计算方法

为提高注水泥时的顶替效率,对注水泥流体（钻井液、前置液和水泥浆）之间的密度匹配、流变性能匹配进行设计很重要,但目前缺乏该方面的理论设计方法。针对直井、注水泥流体均为幂律流体、层流、套管居中等条件下的注水泥顶替过程,在对两流体相互顶替的受力分析的基础上,建立了使顶替流体与被顶替流体在横截面上以同一平均流速进行顶替流动（即同步上返）时的两流体密度和流变参数匹配要求的定量计算方法及公式,所建立的公式可以应用于注水泥设计。分析所建立的公式表明,当顶替流体密度大于被顶替流体密度、顶替流体的流性指数大于被顶替流体的流性指数、顶替流体的稠度系数大于被顶替流体的稠度系数时,可提高顶替效率。      

基于非饱和黏性土桩土界面剪切特性试验研究

通过自制的大型恒刚度直剪仪对非饱和黏性土进行桩土界面剪切试验,探讨了非饱和黏性土桩土界面剪切特性及受黏性土饱和度的影响规律。试验和研究结果表明:在分析了非饱和黏性土桩土界面土压力和孔隙水压力的变化规律后,得到桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移随黏性土饱和度的增大而降低的结论,同时还受界面粗糙度和法向应力的影响,界面粗糙度和法向应力越大,桩土界面剪应力峰值和剪切破坏位移越大,在法向应力不同时最大剪切破坏位移相差9.81~12.23 mm;桩土界面黏聚力在饱和度80%~90%时最大,摩擦角随着饱和度的增大呈衰减趋势,因此在桩基设计中需要考虑黏性土饱和度对桩土界面抗剪强度参数的影响,否则会使设计结果过于安全。     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明:光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90cm时,土塞高度稳定在33cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

基于桩-土界面直剪试验的黏性土超孔隙水压力变化规律研究

利用大型恒刚度直剪仪在不同的界面粗糙度和剪切速率试验条件下,施加法向应力25、50、100、150kPa,基于黏性土中桩-土界面直剪试验研究了桩-土界面超孔隙水压力变化规律.研究结果表明:剪切前超孔隙水压力受法向应力的影响,法向应力越大,超孔隙水压力越大;桩-土界面剪切过程随着法向应力的增大,超孔隙水压力逐渐增大,在高法向应力下超孔隙水压力增幅减小;界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力产生交互影响,在不同应力水平下界面粗糙度和剪切速率对超孔隙水压力也有不同的影响效果,高法向应力水平下随界面粗糙度和剪切速率增大超孔隙水压力增幅小于10%,低法向应力水平下增幅可达30%.因此不可以忽略界面粗糙度和剪切速率对桩-土界面剪切过程超孔隙水压力的影响.     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性,设计了不同桩径的模型桩,基于光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感技术,开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明:试桩的压桩力基本呈线性增加趋势,桩径越大,压桩力越大;桩径不同会影响单桩的荷载传递性能,由于桩径越大挤土效应越明显,沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩;桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大,桩径越大,对土体的侧向挤压力越大,桩身单位侧摩阻力越大;同一深度,两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现"侧阻退化"现象,"侧阻退化"现象随着贯入深度的增加越明显,且桩径越大,桩身单位侧摩阻力退化越显著;均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,沉桩结束时,试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%,不同的桩身直径既影响桩端阻力,又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时,考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

基于PIV技术与分形理论的桩–土系统水平循环受荷模型试验研究

单桩基础作为涡轮风机常用的基础形式之一，常受周期性横向荷载的作用，这将导致桩–土系统动力响应的变化。通过改变土体相对密实度与粒径大小2个参量开展一系列室内模型试验，探究水平循环荷载作用下单桩基础的内力变化及累积变形特性，并利用PIV技术及分形理论分析桩周土体周期性的运动规律。试验结果表明：(1)循环荷载对于桩身弯矩的影响较为显著，随着循环次数的增大，桩身弯矩值随之减小，减小的幅度随土体相对密实度的增加而增大；同时，桩周土体粒径越小，桩身产生的弯矩相对较大。(2)桩基整体绕桩身一点做刚性转动，土体的相对密实度越高，桩身累积变形越小；砂–钢接触面的界面摩擦角受到土体粒径的影响，土体粒径越大，界面摩擦角越小，桩身的水平累积位移越大。(3)表层土体位移范围随土体相对密实度的增加而减小，而粒径大小对于土体位移场的影响较小；随着加载的进行，桩后土体位移影响范围增加，而桩前土体影响位移范围减小，桩周沿加载方向的部分土体会发生对流运动。(4)桩周土体位移场具有分形特征，分形维数值随着土体相对密实度的增加而减小，大小在1.18～1.42范围；分形维数与土体位移场面积之间呈现正比例线性关系，而与循环次数之...     

6FDA型聚酰亚胺炭分子筛气体分离膜的构筑及其应用

高分子气体分离膜具有价格低和易加工等优点，但存在气体分离性能难以满足工业要求，以及耐老化性能和结构稳定性差等问题。炭分子筛膜不仅具有高力学性能，高耐热、耐化学腐蚀性能，而且存在适合气体传递的路径、对气体分子亲和性好的杂原子结构，以及分子辨识能力强的孔尺寸，表现出优异的气体分离性能，因而受到广泛的关注，被认为是最具应用前景的气体分离膜。6FDA型聚酰亚胺不仅具有较大的刚性和受限制的构象，且自由体积较大、分子结构可调、成孔性好和残炭量高，制备的炭分子筛膜的气体分离性能优于其他前体，受到学术界和工业部门的青睐。本文主要介绍了炭分子筛膜前体的结构设计原理，在热解过程中的炭化机理和微观结构的控制，炭结构对气体分离性能的影响，气体在膜中的传递机理，以及由6FDA型聚酰亚胺制备的炭分子筛膜在气体分离中的应用。结合科研实际，提出了6FDA型聚酰亚胺炭分子筛膜结构设计和制备的想法，为未来炭分子筛膜在气体分离中应用提供新的思路。