基于数值模拟的多孔水射流破岩效率影响研究

高压水射流破岩是油气资源领域一个重要的技术,由于其破岩效率影响因素众多,研究手段受限,导致很难揭示其破岩机理。本文从数值模拟出发,运用动态非线性有限元法,基于ＡＮＳＹＳ／ＬＳ-ＤＹＮＡ进行不同井深条件下不同射流束数对破岩效率的影响研究。结果发现:水射流冲击砂岩首先在接触部位附近形成应力集中,整个冲击过程中,应力变化区域形状基本保持不变,应力最大值区域对称分布;多孔射流之间的间距对破岩深度的影响较大,适宜的射流间距可以提高破岩效率。     

射流速度对水射流破岩影响效果数值试验研究

水射流破岩技术在许多工程领域有着广泛的应用,但是其破岩效率影响因素众多,作用机理复杂。通过建立水射流数值模型,运用动态非线性有限元法,基于ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ进行不同井深条件下射流速度对岩石破坏效率影响研究,结果表明:射流速度对高压水射流破岩的影响较大,水射流冲击岩石在接触部位附近形成应力集中,岩石的塑性应变围绕射流孔径大致呈对称变化规律,随着射流速度增加,破岩深度迅速增加,两者呈线性关系增长。     

不同岩性下TBM滚刀破岩过程离散元分析

为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段及残余跃进阶段;胶结破坏类型主要呈拉剪破坏与压剪破坏两种;滚刀破岩过程中受到的阻力可以用峰值法向推力表示,阻力大小取决于岩性,破岩阻力随着岩石单轴抗压强度的增大而增大;通过胶结破岩比能耗来评价破岩效率,对于坚硬岩,三滚刀破岩效率最高,对于强度较低的岩石,采用单滚刀破岩效率更高。     

基于不同岩石破坏方式的滚刀效率评价模型研究

目前对TBM滚刀破岩效率评价大多采用量化计算破岩比能(ηse)的方法,其中岩石破碎体积为影响破岩比能的关键因素,岩石在滚刀作用下的破坏体积与其破坏方式关系密切。为此,结合岩石不同破坏方式,讨论了岩石破碎体积的一种简易实用的计算方法。基于岩石破坏过程中以剪切破坏和张拉破坏为主的特性,提出了以岩石破坏时裂纹长度与剪切面在岩石自由表面投影长度以及滚刀刀刃宽度之间的关系来识别岩石破坏方式,在此基础上计算岩石破碎体积,结合CSM预测模型,推导出一种破岩比能水平量化计算方法。通过实例对该方法进行计算验证,分析了破岩比能(ηse)与刀间距(S)、刀具磨损量(w)之间的关系,得出了ηse-S曲线与ηse-w曲线,表明存在最优刀间距,且随着磨损量增大,比能值也将增大。所述的预测模型能够对TBM破岩时刀间距的优化、刀具的更换提供理论依据。更多还原     

油包水型乳化液破乳方法研究现状及展望

主要针对油包水(W/O)型两相分散体系,从乳化液破乳方法的机理出发,综述了化学破乳法、生物破乳法和物理破乳法的最新发展以及所面临的主要问题。在此基础上,对W/O型乳化液破乳方法今后的研究发展方向提出了建议。     

TBM双滚刀间距及入岩次序对破岩效果影响研究

TBM滚刀位置布置对于TBM掘进效率极为重要,为研究TBM双滚刀间距及入岩次序对破岩效果的影响,利用二维离散元颗粒流软件(PFC2D)建立TBM双滚刀破岩模型,对TBM破岩过程中裂纹的扩展、岩石破坏形式、岩片面积、破岩比能、滚刀推力等变化进行了模拟分析。结果表明:(1)滚刀间距对于破岩效果具有较为明显的影响。间距过小时,滚刀间形成的岩片过于粉碎,滚刀间距过大,相邻滚刀形成的裂纹无法贯通,滚刀之间形成岩脊。间距不同破岩比能不同,存在最优滚刀间距现象。(2)滚刀入岩次序影响破岩效果。前后滚刀对于岩石的损伤深度和范围不同,同时破岩时左右滚刀所需垂直力较为接近,顺次破岩时后滚刀所需垂直力平均值小于前滚刀。相同滚刀间距下顺次破岩比能高于同时破岩时的比能,破岩效果将低于同时破岩情况。研究成果可为TBM滚刀布置设计提供一定参考。     

TBM滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究

为研究全断面岩石掘进机(TBM)滚刀破岩机理与破岩效果影响因素,采用颗粒流程序(PFC)建立滚刀破岩模型,通过单轴压缩与巴西劈裂试验结果,标定PFC程序参数,模拟滚刀破岩过程并对岩石强度、围压等破岩效果影响进行研究分析。结果表明:滚刀破岩历经前期压密、中期挤压剪切、后期挤压张拉破坏的组合破岩模式,整个破岩过程中滚刀出现反复加-卸荷交替及跃进破岩现象。岩石强度过高难以产生径向裂纹、强度过低侧向裂纹扩展不明显,破岩效果均不佳,TBM滚刀只对于中等强度范围内岩石较为合适。围压影响裂纹生成与扩展,较高时将抑制径向裂纹发育,降低破岩整体效果。研究成果可为TBM选型及滚刀设计提供一定参考。     

正、偏楔形盘形滚刀破岩作业载荷对比研究

盘形滚刀是全断面岩石掘进机(TBM)上的关键核心部件,其与岩石的相互作用直接影响TBM的掘进效率和工程成本。研究发现盘形滚刀外形对其与岩石的相互作用有较大影响。论文首先建立了正楔形盘形滚刀作业对象岩石的Drucker-Prager弹塑性模型和正楔形盘形滚刀与其相互作用模型,并用罗科斯巴勒盘形滚刀破岩力预测理论对所建模型进行了验证;以此为基础,论文还建立了偏楔形盘形滚刀与其作业对象岩石的相互作用模型,并分别模拟研究了正楔形盘形滚刀和偏楔形盘形滚刀与岩石的相互作用,从而发现正楔形盘形滚刀在不同安装半径和切深条件下的垂直力、侧向力和滚动力都大于偏楔形盘形滚刀,且偏楔形盘形滚刀在小安装半径和大切深条件下,其破岩载荷较正楔形盘形滚刀减小量较大。论文研究结论为偏楔形盘形滚刀设计理论的工程应用提供了重要参考。     

硬岩隧道掘进机滚刀破岩性能评价研究

为了提高TBM的掘进效率和地质适应性,对TBM滚刀破岩性能评价指标选取及TBM滚刀破岩性能评价方法进行了研究。通过文献阅读及专家调查,最终选取影响TBM滚刀性能的13个指标建立滚刀破岩评价体系;用改进群层次分析法（IGAHP）和基于指标相关性法(CRITIC)对评价指标进行权重计算。基于文献分析确定了13个评价指标的隶属函数,运用模糊综合评判方法,计算TBM施工破岩性能隶属矩阵,确定TBM滚刀破岩性能等级。对新疆某引水隧道4个区段进行滚刀破岩性能评价并与实际施工情况进行对比分析。结果表明：该模型的评价结果基本符合实际情况,所提出的评价方法是可行的。该方法可为TBM选型和滚刀设计优化提供指导。     

水电站大波动过渡过程研究现状及发展趋势

在对水力瞬变过渡过程历史背景简要回顾的基础上,重点介绍了水电站大波动过渡过程问题的研究现状,对其基础理论、计算方法、实验研究、模拟计算机方法等做了较为详细的介绍.特征线方法以其计算方便、能适应不同的边界条件等优点在水电站过渡过程计算中应用最为广泛.最后简要介绍了目前瞬变流问题研究的发展趋势,包括非棱柱体管道中的水击、二维或三维管流场的数值模拟方法、一维有限元模拟管道瞬变流、LB方法在模拟水电站水击中的应用等.     

地表水资源可利用量研究现状及发展趋势

水资源可利用量是综合规划区域水资源的节约、保护、配置、开发、利用和治理措施的条件,又是进行水资源承载能力分析的基础.水资源可利用量在水资源评价、规划与管理工作中非常重要,且国内也开展了大量的研究,但对水资源可利用量概念的认识尚没有统一.总结了近年来国内外地表水资源可利用量的各种定义和计算方法,在此基础上进一步探讨了今后地表水资源可利用量评价的发展趋势.     

猴子岩水电站蜗壳垫层铺设方案分析研究

针对猴子岩水电站蜗壳垫层铺设范围,笔者拟定了四个方案,选取包含一个固定导水叶范围的扇形区进行分析,以进口断面的第一个管节建立数值计算模型,分别对蜗壳外包混凝土环向应力;钢蜗壳、座环环板和固定导叶应力分布规律;混凝土应力承载比、钢蜗壳和外包混凝土位移分布特征进行了分析研究,最终综合考虑蜗壳及外包混凝土应力、位移水平和施工难度确定了猴子岩水电站蜗壳垫层下末端铺至腰线。该铺设方案的应用可为类似工程参考。     

软岩筑面板堆石坝的坝体断面分区研究

针对面板堆石坝工程中软岩堆石材料的利用问题，采用数值计算分析的方法，结合具体工程的计算实例，分析了利用软岩堆石料的面板堆石坝的应力变形特性。在此基础上，研究了软岩堆石料的分区布置问题，进而提出了面板堆石坝软岩堆石料利用的基本原则。研究结果表明：在利用软岩修筑的面板堆石坝设计中，通过合理布置软岩材料分区，可以在保证坝体整体稳定和面板受力均匀的前提下，尽可能地扩大软岩利用区的范围，使工程设计进一步得到优化。     

横缝对地下厂房岩锚吊车梁承载力的影响研究

某水电站地下厂房岩锚吊车梁横向裂缝问题十分突出,施工期已经产生了大量贯穿性裂缝,对其长期稳定运行存在安全隐患。根据地下厂房岩锚吊车梁设计施工实际情况,采用数值计算方法系统研究梁体在不同横向裂缝分布密度下的承载特性,分析吊车梁的变形以及受力特征。研究结果表明:横向裂缝的存在会导致梁体局部刚度降低、变形增大,在裂缝尖端附近存在一定程度的拉应力集中,梁体拉应力分布范围扩大,局部已超过容许拉应力值,而横向裂缝对梁体抗滑稳定安全系数影响有限。鉴于岩锚吊车梁需长期安全运行,对横向裂缝分布集中部位需进行加固处理。     

软岩三维粘弹塑性参数辨识研究

以某水电站地下厂房区软岩部位试验洞监测资料为基础,运用基于均匀设计一遗传算法一神经网络的人工智能反演分析方法,在考虑了仪器埋设滞后的位移损失的情况下,对岩体在宏观结构条件下的流变参数进行三维粘弹塑性位移反分析,得到了岩体的流变参数并进行了位移预测.与监测成果进行了对比分析.结果表明:预测围岩流变位移、速率与监测结果比较接近,规律性较好,说明辨识效果较好.     

基于动网格模型的弹簧式灌水器流场数值模拟研究

弹簧式灌水器因其灌水均匀,流量稳定等优点得到广泛应用,但由于弹簧式灌水器内部结构复杂,进一步研发和优化受到阻碍,为获得灌水器流道相关水力性能的关系,采用动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对弹簧式灌水器的流动进行了三维静态及三维动态数值模拟对比研究,将计算值与试验值对照分析,获得水头损失、上下游压差力与流量之间的关系。结果表明:三维动网格模型与三维静网格模型的计算精度接近,但三维动网格模型能更真实地模拟出三维静网格模型所不能反映的运动边界。     

基于焓差法的湿式冷却塔三维热力计算及进风口高度优化研究

自然通风逆流湿式冷却塔内存在呈三维状态的气水两相流传质传热过程。根据填料和雨区的热力阻力试验数据,以传统一维焓差法为基础,介绍了控制蒸发和阻力的用户自定义函数,并嵌入Fluent软件的离散相模型,使之与国内冷却塔的设计标准和测试数据对接,建立起与现行设计方法接轨的三维数值计算模型。模型涵盖了外界自然风、塔壳体、喷头、填料、雨区和集水池等影响因素,提供多种矢量场和标量场计算结果,并与某12 000 m2投产冷却塔进行比较分析,出塔水温计算值与实测验收值基本一致。基于该方法,对某大型核电冷却塔进行了三维数值计算,结合经济性、流场均匀性、结构安全性和运行可靠性等因素给出了最优的进风口高度。     

水岩劣化特性对富水软岩基坑开挖变形影响研究

富水地层基坑开挖工程中,即使局部降水后,由于岩土体长期受到水岩劣化作用使其强度显著下降,开挖卸荷后引起严重的工程安全事故。以室内强度衰减试验结果为基础,通过理论分析推导得出新的水岩劣化模型进行参数拟合,并将理论模型编入模拟软件中,运用到深圳某富水地层基坑开挖项目稳定性分析中,计算结果更加接近实际工况,可为富水区地下工程开挖和支护设计提供参考。     

软岩空间发育位置对地下洞室开挖变形的影响研究

为了解软岩空间发育位置对地下洞室开挖变形的影响，以某抽水蓄能电站为例，建立软岩层位于顶拱以上0、3、6、9、12 m和15 m等6种计算模型，采用Burgers-Mohr粘弹塑性本构模型，利用有限差分方法计算，分析不同软岩层空间分布下的地下洞室开挖变形特征。结果表明，软岩层与洞室顶拱间距越大，开挖过程中洞室顶拱产生位移量越小，且开挖完成后3个月产生的位移增量也随之减小；以位移及应力状态为评判依据，建议洞室顶拱与软岩层间距为12 m的布置方式。