高推力永磁直线同步电动机电磁结构研究

介绍高推力永磁同步直线电动机的原理和特点,指出端部效应和齿槽效应会产生定位力及其波动,提出具有段间 移位的分段式轮换对称初级绕组和铁芯的电磁结构设计方案,分析该方案对端部效应和齿槽效应的消弱作用。分析结 果表明,该方案可以有效改善高推力永磁同步直线电动机的推力平稳性。     

某石灰石矿露天台阶爆破对周边区域安全影响分析

为了研究某石灰石矿台阶爆破对周边公路和民房的影响,通过建立数值模型,计算获取公路和民房附近的振速和位移值,分析爆破振动的影响。结果表明:无爆破影响下公路总位移值仅为0.7 cm左右;在开采初期,由于爆破振动影响,公路监测点的位移值稍有增大,总体约为2.7cm,房屋处最大振速接近2.1 cm/s;在开采后期,爆破振动对公路的影响加深,导致公路变形增大,最大变形约为4.0 cm,但房屋处的爆破振速比开采前期小。因此,可考虑让靠近公路的非爆破开采区滞后于爆破开采区作业,从而为爆破开采提供合理遮挡,并增加振动波传播距离,降低对公路和房屋的危害。     

岩体冻融疲劳损伤模型与评价指标研究

 岩体冻融损伤模型与评价是研究岩体经历冻胀力萌生、发展与消散反复作用后物理力学性质劣化的主要内容,现有对岩体冻融循环后的损伤评价指标主要有孔隙率、纵波波速、静动弹性模量等物理参数。冻胀力对于岩体可等效为三轴拉伸应力,首先基于三向等效拉应力建立岩体冻融疲劳损伤模型,该冻融损伤演化方程与单轴循环拉应力下的疲劳损伤方程虽然具有同样的形式,但物理意义不同。基于动弹性模量的定义,以孔隙率和纵波波速为参变量推导出了统一的损伤变量表达形式,该损伤变量不仅考虑了双物理参数的影响,还能对不同冻融循环次数下岩石的单轴抗压强度进行较好预测,可作为岩体冻融损伤的评价指标。定义动弹性模量损失40%为岩石冻融破坏临界值,利用该临界值可避免通过试验确定最大冻融循环次数,进而结合统一损伤变量对冻融疲劳损伤演化方程进行求解,最后通过2个实例说明该冻融疲劳损伤模型与评价方法的正确性和实用性。     

非可溶岩隧道突涌灾害预测研究及工程应用

 隧道等地下工程施工过程中,突涌事故一般发生在可溶岩隧道中,然而近些年非可溶岩隧道发生突涌事故的案例越来越多,给隧道施工带来重大灾难和经济损失。首先,通过3个突涌事故案例的剖析,揭示非可溶岩隧道突涌的本质是开挖或爆破扰动触发赋存在破碎带或软弱带中的水和碎屑物在自身压力作用下涌入隧道,其孕险环境必须同时具备物质条件、空间条件和触发条件,三者缺一不可。物质条件是充足的水和砾石、砂、泥等原地性或外源性的碎屑物;空间条件是突涌物的存储和运移的破碎带或软弱带等;触发条件是岩体的开挖扰动和爆破扰动。非可溶岩隧道施工过程中突涌灾害的预测就是对掌子面前方能够赋存潜在突涌物的破碎带或软弱带及其带内物质组成、固结程度的辨识。然后,针对突涌灾害的物质和空间条件给出基于地质、物探和钻探的综合超前预报体系;结合实践,重点建立地震波反射法(TGP)成果中的反射幅度比、波轴相似度等参数对异常地质体的地震动态响应特征。最后,将上述成果应用到岩前隧道的F17断层破碎带的预报中,通过宏观工程地质分析和已开挖段的地质调查及试验,全程动态追踪隧道揭露围岩的统计及力学特征;通过未开挖段长距离的TGP探测和短距离的地质雷达和水平钻孔探测,辨识隧道即将揭露区段突涌灾害的孕险环境,实现对断层破碎带位置、规模、空间展布的精确定位,对带内物质组成及胶结程度的确认,成功预测突涌事故的发生。实践证明,上述综合预报技术体系能够预测非可溶岩隧道的突涌灾害,其结果准确可靠,可为类似工程提供参考和借鉴。     

国际海岸带规划管制研究与山东半岛的实践

尽管海岸带规划管制在国际上的开展已非常普遍,但在我国仍属新兴和前沿课题。结合笔者主持的多项山东半岛海岸带相关规划课题的研究成果,对国际海岸带规划管制发展的背景、管制方式和重要内容,以及沿海化压力下,山东半岛海岸带规划管制的解决之道做了解析和总结。     

煤矿超千米深部全断面岩石巷道掘进机的提出及关键岩石力学问题

为解决超千米深井巷道建设面临的严峻挑战,通过对现有的巷道掘进、支护技术与全断面岩石隧道掘进机(TBM)技术对比分析,结果表明：全断面岩石隧道掘进机优势明显,且满足超千米深井巷道建设的需求,现代化大型矿井也具备引入全断面掘进机的条件,将TBM引入超千米深井巷道建设,在解决所涉及的关键岩石力学和机械制造问题后加以改进,称之为全断面岩石巷道掘进机（RBM--Full Face Roadway Boring Machine）。由于煤矿深部巷道的建设环境与隧洞建设环境存在显著差异,RBM施工将面临两大关键问题--卡盾和刀盘破岩问题。为了揭示RBM卡盾机理,指出了其关键岩石力学问题,包括超千米深井巷道RBM开挖卸荷路径下围岩挤压大变形机理,护盾周围围岩挤压变形分布规律,围岩-护盾-支护相互作用机理,卡盾判据,卡盾防治理论及方法。     

基于零厚度黏聚力单元的水力压裂裂隙空间分布影响分析

作为页岩气开采关键技术,水力压裂在目标岩层产生大量裂隙,构成页岩气有效运输通道。因此,研究裂隙的空间分布和影响因素具有重要意义。采用连续-非连续方法,通过ins-coh程序在ABAQUS有限元模型全域内批量嵌入零厚度黏聚力单元,得到计算模型。考虑到水力压裂中的流固耦合,编写用户子程序确定孔隙压力初始场分布,并给出压裂阶段压裂液的流动准则和流固耦合方程。随着压裂液的注入,黏聚力单元发生破坏,连贯的张开区域形成页岩气运输通道。在验证该方法可行性基础上,结合西南某地区页岩气储层典型地质条件,进行三维水力压裂数值模拟。模拟结果显示:该方法能够合理模拟高水压下压裂液在岩体中流动,岩体裂隙面萌生、扩展、贯通的完整破坏过程。最后,通过设计多组模型进行对比分析,探究注液速度、初始裂隙间距和长度对裂隙空间分布的影响,为实际工程的方案设计提供指导意见。     

季节性寒区隧道主动加热保温防冻方法及其试验

为防治季节性寒区隧道冻害,提出了一种基于电伴热的主动加热保温防冻方法,该系统由“100 W/m²发热电缆+4 cm保温层+保护层+防火层”组成,并且给出了施工中的注意事项和要点。将该方法成功应用于图们至珲春高速公路东南里隧道试验段工程,初步试验结果表明,通电1 h后,衬砌背后温度开始升温,3 h之后衬砌背后达到正温、温度基本稳定,发热电缆“热阻效应”明显,初步验证了该方法的可行性及有效性。研究结果可为寒区隧道冻害防治的设计与施工提供借鉴。     

基于Griffith强度理论的岩石裂纹起裂经验预测方法研究

 裂纹起裂强度是岩石破坏过程中的重要应力阈值,研究岩石起裂准则对于揭示其破坏机制及预测围岩工程性质有着重要意义。首先进行青砂岩试样的单轴及三轴压缩起裂试验,并基于多种应变响应分析其中的起裂机制及细观破坏特征,指出局部张拉应力集中是起裂破坏的主因,总结提出低围压条件下的张开型起裂模型及高围压条件下的滑动型起裂模型。然后基于Griffith强度理论分析压应力场中岩石缺陷端部的局部最大张拉应力,其大小随差应力 的升高而增大,同时在围压条件下受表面摩擦作用的影响较大。针对岩石细观起裂机制提出起裂预测经验准则,准则中引入起裂参数 作为围压影响系数以表征摩擦作用,从而适用于不同围压条件下的起裂破坏预测。利用3组起裂试验结果对经验准则进行验证,其准确性及实用性明显优于传统线性起裂准则。最后通过分析不同围压下岩石起裂强度与峰值强度之比 ,发现试样在围压60 MPa以下时其起裂破坏属于细观张拉破坏机制。     

裂隙岩体水–冰相变及低温温度场–渗流场–应力场耦合研究

 岩体冻融损伤涉及低温环境下温度场、渗流场和应力场的耦合问题。基于水–冰相变理论和能量守恒原理,得出冻结率表达式。运用双重孔隙介质模型理论,根据质量守恒定律、能量守恒定律及静力平衡原理,得出冻结条件下裂隙岩体的温度场–渗流场–应力场(THM)耦合控制方程。最后,通过1个含裂隙隧道低温THM耦合算例,将围岩当作岩块与裂隙介质组成的系统,采用等效热膨胀系数法对夹冰(含水)裂隙的冻胀效应进行模拟,并考虑冻结过程对岩体渗透系数的影响,研究低温THM耦合条件下的温度场、应力场及孔隙压力等的分布规律。