基于水压致裂法的隧道围岩地应力试验研究与岩爆预测分析

本文在分析水压致裂法测试地应力原理的基础上,结合隧道工程实际,采用水压致裂法进行隧道围岩地应力的测试研究分析工作,获取了隧道围岩的最大、最小水平主应力量值及最大水平主应力的方向,以及岩体破裂压力、岩体抗拉强度、岩体瞬时闭合压力、破裂面的重张压力等地应力及岩体力学参数,并根据隧道区的地应力资料,和岩石参数进行了岩爆预测分析,为隧道工程的设计、施工提供科学依据和技术支撑。     

工作面过断层静态致裂技术参数优化研究

静态致裂技术在煤矿开采中应用日益普遍,但不同的致裂参数对岩体致裂效果影响较大。为了设置合理的静态致裂参数,确保工作面顺利通过断层坚硬岩体,以郭家湾煤矿51106综采工作面过小断层为例,首先,通过力学理论分析静态破碎剂致裂机理;其次,采用数值模拟方法定性定量分析不同致裂孔的布置方式、直径、孔距与孔径比,以及不同岩体边界条件对粉砂岩破碎效果的影响。结果表明：岩体在静态致裂过程中以拉伸破坏为主,中间夹杂少量剪切破坏;当致裂岩体顶面以及两侧均为自由面时,其3项致裂效果指标均最高,静态致裂效果最好;在致裂孔钻孔成本和施工难度随直径变化不大的情况下,随着致裂孔直径增大,单位面积岩体的相邻致裂孔贯通率、开裂率和损伤率均逐渐增大,且增大越来越快;从性价比和岩体致裂开采考虑,最合理的致裂孔孔距与孔径比为6～7。     

能量耗散与释放原理在水压致裂法中的运用

在内变量不可逆的热力学理论框架下,从能量的角度出发,讨论了水压致裂测试中岩石变形破坏中的能量耗散、能量释放与岩石强度和破坏的内在联系.同时基于能量耗散与释放原理推导出水压致裂法测量地应力岩体破坏时的临界应力公式,并应用上述公式结合水压致裂第一循环对某抽水蓄能电站地应力测量中的最大水平主应力进行计算,其计算值与传统理论计算值比较接近,表明所给出的临界应力公式是合理的.     

能量耗散与释放原理在水压致裂法中的运用

在内变量不可逆的热力学理论框架下,从能量的角度出发,讨论了水压致裂测试中岩石变形破坏中的能量耗散、能量释放与岩石强度和破坏的内在联系.同时基于能量耗散与释放原理推导出水压致裂法测量地应力岩体破坏时的临界应力公式,并应用上述公式结合水压致裂第一循环对某抽水蓄能电站地应力测量中的最大水平主应力进行计算,其计算值与传统理论计算值比较接近,表明所给出的临界应力公式是合理的.     

内水压下含中空裂隙新型材料的压裂试验及数值模拟研究

最新研制了一种完全透明、-10~ -15℃下拉压强度比达1/6.6的树脂材料,其与岩石特性的相似程度比前人有大幅提高。制作了内置单裂隙试件,所含裂隙为中空张开型。通过采用自主设计的注水设备和低温加载装置,开展了固定水压作用下,水压分别为2MPa、4MPa时的单轴压缩试验和水压2MPa时的双轴压缩试验。详细描述了试件的次生裂纹形态和裂隙扩展过程,分析其产生的条件与机制,对比了有水与无水条件下试件破裂规律的异同,并采用FLAC3D开展数值模拟研究。在FLAC3D自带均质流体模型基础上,引入改进的弹脆性本构模型,对损伤单元的力学参数和渗透系数进行二次定义,计算结果与文中试验相符程度良好,表明了新数值模拟方法的有效性,可以很好反映水压作用下裂隙岩体强度和稳定性的变化特征。     

聚能管装药预裂爆破模拟试验研究

为了揭示聚能管装药爆破的细观机理,基于数值计算的可重复性及经济型,提出了采用数值模拟的方法,对聚能管不耦合装药预裂爆破进行研究.在相邻炮孔中心处,应力波发生叠加,有效应力峰值为93MPa;切缝方向孔壁的有效塑性应变为8.2%,为管壁外侧受保护孔壁的2倍.结果表明:聚能管对能量传播的导向以及对侧面岩壁的保护有显著作用.采用现场试验,对模拟结果进行验证.聚能管预裂爆破,破碎块度均匀,断面平整光滑,半眼痕率达到100%.     

均匀设计法优化神经网络参数的研究

提出采用均匀设计法设计优化ＢＰ神经网络参数的方法,实验表明,通过采用均匀设计法可以有效地降低调节网络参数所需的实验次数,并降低训练误差,取得了良好的效果。     

不规则岩石试件抗拉强度的套筒致裂试验研究

本文用套筒致裂法进行了不规则岩石试件抗拉强度试验。阐明了所用设备、试验步骤及套筒致裂法的基本理论，介绍了用套筒致裂法测定不规则岩石试件抗拉强度的试验结果。     

基于均匀设计的水平井裂缝参数优化研究

将均匀设计方法应用于水平井压裂裂缝参数优化中,利用多元回归方法分析基于均匀设计的数值实验结果,建立了累计产油量与裂缝参数间的关系,分析了裂缝条数、裂缝长度和裂缝导流能力对累计产油量的影响规律。研究结果表明,均匀设计方法可以大大减少油藏数值模拟工作的计算量,且具有较好的可行性。     

基于PFC-FLUENT联合开展岩体水力劈裂细观机理分析

为研究岩体水力劈裂的致灾过程,揭示水力劈裂细观机理,采用VB编译平台,实现PFC、SURFER、GAMBIT、FLUENT商业软件的调用,并依托FORTRAN编译子程序实现软件间数据信息交换及特定功能,完成岩体水力劈裂三维分析平台的构建。随后,利用该平台建立与文献中相同的岩体水力劈裂圆筒模型,并与试验结果比对,验证了该平台研究岩体水力劈裂的可行性。最终,以某一输水隧洞为例,依托该平台开展输水隧洞裂纹扩展研究,分析高内水压下围岩裂隙萌生、扩张、延伸、贯通的破坏过程。结果表明:该平台能较精细地揭示隧洞衬砌水力劈裂过程并动态获取相应裂隙流场分布特征,针对该隧洞模型,衬砌外围岩压力大于0.6 MPa时方能确保当前高压内水作用下隧洞衬砌安全。     

综合应用多种压裂软件技术研究

针对现有各种压裂软件结果不一致性,提出了一种压裂设计和参数优化的实用方法,即通过对多种压裂设计方案与参数优化方法的模拟结果进行比较,优选出最佳的方案.通过实例证明了该方法的实用性和有效性.     

基于试验设计的轿车尾翼空气动力学优化

传统优化方法凭借对轿车外流场的分析经验来控制尾翼优化变量并等间隔枚举,通过比较得出最优方案,工作量大且可能遗漏关键样本点.本文以尾翼的翼型及相对车身的位置参数（尾翼攻角、垂向位置和纵向位置）为设计变量,基于DOE试验设计方法确定样本设计变量组合,利用数值模拟方法计算出所确定样本点轿车的气动升力和阻力.通过方差分析以及响应曲面法以使轿车获得最大下压力与阻力比值为优化目标,得到各设计变量的影响因数和最优水平.结果表明：基于试验设计的优化过程更加高效地优化了轿车尾翼的空气动力学性能,具有实际工程应用价值.     

New P3D Hydraulic Fracturing Model Based on the Radial Flow

Pseudo three-dimension (P3D) hydraulic fracturing models often overpredict the fracture height for a poorly contained fracture. To solve this problem, a new method is presented in shaping the P3D fracture geometry on the basis of the fundamental theory and the original 1D fluid flow is replaced with a more representatively radial flow. The distribution of the fluid in the modified fluid field is analyzed and a sound explanation to the problem is given. Due to the consideration of the fluid flow in the vertical direction, the modified model can predict the fracture height much better. To validate the rationality of the radial fluid flow assumption, the distribution of the fluid in the modified fluid field is simulated with the plane potential flow by using finite element method. And the results agree effectively with those from the assumption. Through comparing with the full 3D model, the results show that this new P3D model can be used to aid the fracturing design and predict the fracture height under poorly contained situation.     

局部单双层网壳的初步优化

局部单、双层网壳结构的设计涉及截面、形状和拓扑优化。为满足初步设计对计算效率的要求,采用均匀设计法来实现结构的多级别优化。实验设计使用现有的网壳结构设计软件,对计算结果进行回归分析,得到指标(用钢量、变形、基频和最小非线性屈曲荷载)与变量(网壳矢高、单层部分范围和单层部分杆件设计应力比)之间的近似函数关系。求解简单的规划问题,得到变量之间的最优水平组合。一个点支承六边形局部单、双层网壳的比较设计说明了方法的效率和可靠性。     

一种开放式液压实验仿真系统的研究和开发

在对各种液压元件结构特点进行分析的基础上,采用"积木"的思想和优势开发了一种开放式液压实验仿真系统。在实验时液压元件的连接和拆卸便捷,对液压参数实时提取、记录并且自动生成实验报告等相关文档,大大提高了实验的可重复性,科学性和效率。仿真系统采用面向对象方法开发而成,可以对液压系统进行自动识别和建模,并采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真,为液压系统的设计和优化提供了一种实用、可行的平台。整个系统实现了仿真与实验过程的无缝集成,提高了仿真与实验过程的效率,更好地为机电液一体化创新设计服务。     

防治复杂裂缝的压裂优化设计

水力压裂过程中往往会产生复杂裂缝,为了避免或减轻复杂裂缝的不利影响,需进行系统的优化设计.考虑地层条件、完井方式等因素对产生复杂裂缝的影响,研究和优化压裂液性能及施工参数,提出有效的封堵和降滤措施以防治或削减复杂裂缝.     

液压系统集成块的CAD优化方法研究

提出了一种液压系统集成块的CAD优化设计方法，即将液压元件的几何参数输入专门编制的通用绘图接口程序，形成AUTOCAD绘图文件，从而利用设计的程序和AUTOCAD软件，自动生成集成块零件的工作图。不仅可以避免错误，而且大大提高了设计效率，缩短了设计周期。     

基于LS-SVM响应面法的基坑支护结构优化设计

由于受安全性和经济性的双重指标要求,基坑支护结构优化设计一直是基坑工程中的研究重点之一.本文结合均匀试验设计(UD)和粒子群算法优化的最小二乘支持向量机(PSOLSSVM),提出了一种基于LS-SVM响应面法的基坑支护结构优化设计方法.其中,以工程量为优化目标,以安全系数作为约束条件,首先通过UD和有限元计算高效构造学习样本,然后利用PSO-LSSVM模型的高度非线性映射能力建立学习样本响应面,并预测由Monte-Carlo模拟生成的多组随机样本结果,最后从中筛选满足全部约束条件的且目标函数值最小的样本作为优化设计最优解.通过算例分析表明,该方法优化效果明显,且具有较好的效率和精度.     

基于虚拟现实技术的机器人仿真设计研究

随着科学技术的快速发展,机器人仿真技术也在不断进步,控制代码及仿真设计的改进与扩展,为机器人的实际应用提供条件。现代信息技术利用C++编程的方法构建虚拟现实空间,使机器人在原型设计上实现了其虚拟现实行走、跳跃、翻滚等一系列动作,为机器人仿真设计提供参考,并且根据模拟结果改进并完善机器人控制操作,从而满足用户自由拓展的空间。