基于SEM图像的煤层气渗流裂隙开度影响的模拟研究

通过SEM技术获得煤真实裂隙结构,用以解决煤的非均匀性表征问题。基于裂隙结构特征,使用COMSOL求解Stokes方程来计算气体流动的动力特性,并建立气体渗透率的计算模型,同时定量化的研究了裂隙开度对渗透率的影响。结果表明:裂隙开度对煤层气渗透率的影响很大,同时当考虑Klinkenberg效应时,修正了其气体裂隙流动模型。     

龙滩水电站地下洞室群施工顺序及稳定性分析

地下洞室群的合理开挖方案对于围岩的稳定性和减少支护成本有着极其重要的意义.结合龙滩水电站地下洞室群,应用快速拉格朗日法FLAC3D对设计院方案、施工方方案以及根据时空变载原理确定的3种不同开挖方案进行了稳定性分析,提出了较优的可变更的施工顺序,为施工设计和现场施工提供了参考依据.     

预制双裂纹板岩各向异性细观尺度实验研究

 板岩是一种非均质、连续–非连续介质,包含有微裂隙、微孔洞和微构造等,在力学、渗流、热传导等诸多方面均表现出明显的各向异性。选取锦屏水电站辅助洞泥质板岩试样,采用超薄金刚石锯片在标准岩样上预制一对三维裂纹,并应用岩土CT实验技术,开展水平和垂直层理方向加载条件下裂纹演化的细观尺度观测,分别得到了天然和预制双裂纹板岩破坏过程的细观表现特征,对比分析了水平和垂直层理方向加载条件下板岩裂纹起裂、扩展和破坏模式的不同,并对基于密度统计的岩石细观损伤变量定义方法的局限性进行了分析和讨论,为研究板岩的力学各向异性提供了新思路。     

快速拉格朗日法分析巨型地下洞室群稳定性

广西龙滩水电站地下厂房所处位置地质条件复杂,岩层为陡倾角岩层,断层发育,且洞室跨度大,边墙高,在洞室开挖过程中围岩的稳定性显得十分重要。结合设计院提供的开挖方案使用快速拉格朗日差分法(FLAC)对洞室分层开挖及支护进行了数值模拟,比较分析了两个剖面加锚开挖的结果,得出了一些有益的结论。     

煤层气解吸滞后定量分析模型

针对煤解吸滞后过程解、吸附量和速度变化特征,提出了煤层气解吸滞后定量分析模型。根据煤解吸滞后现象分析,结合"墨水瓶"理论,通过引入滞后因子α,提出了煤吸附-解吸模型,揭示了煤吸附-解吸过程质量变化的解吸滞后机理;通过比较解、吸附过程速度,提出了考虑煤基质吸附-解吸过程孔隙率变化的扩散方程,该方程中扩散系数直接可以反映吸附-解吸过程时间异步问题。基于Comsol计算平台,实现了煤层气解吸滞后定量分析模型的数值求解。数值模拟结果显示不同煤阶煤样的等温吸附实验数据验证了α值的合理性,拟合数据表明随煤阶提高,α值越大,解吸滞后程度越大;吸附-解吸过程中扩散系数的变化趋势相反,吸附过程中扩散系数随时间减小,吸附速率随时间减小,解吸过程中,其值随时间增大,解吸速率随时间增大,通过扩散系数得到的解、吸附速率变化趋势与实验室结果一致,证明了此参数的合理性,进而可用来分析解吸滞后现象在时间上的变化趋势。     

急倾斜层状岩体中巨型地下洞室群开挖施工理论与优化研究

洞室群的开挖顺序和支护是影响洞室稳定性的重要因素。应用三维断裂损伤有限元法和施工过程力学的基本原理，研究龙滩电站急倾斜岩层中开挖大型地下洞室群的稳定性及最优的施工方案，根据围岩的破损区及位移场的变化规律，提出了较优的开挖施工方案。其计算方法和一些结论可为国内的相关工程设计和建设提供借鉴。     

逆断层错动作用下隧道衬砌铰接设计参数研究

以滇中引水工程香炉山隧洞穿越断层为工程背景,运用有限元方法计算断层错动作用下衬砌的轴向力学特性,发现断层错动对衬砌的影响集中在错动面两侧30 m。基于衬砌弯矩沿轴向的分布,初步确定"铰接设计"中节段长度及节段间柔性连接的宽度。通过正交试验研究衬砌节段长度、柔性连接宽度、柔性连接材料强度3种因素及水平对衬砌内力的影响,并采用极差分析得到"铰接设计"的最优水平组合。结果表明,"铰接设计"是一种有效的抗错断措施,通过自身变形有效吸收断层错动产生的位移,且能够大幅度减小衬砌沿轴向的内力值,弯矩、剪力、轴力的降幅均超过80%。综合比较了纤维塑性混凝土与高性能泡沫混凝土在强度及渗透性方面的优、缺点,认为纤维塑性混凝土具有一定弹性模量、抗渗性好、抗拉强度和韧性高,可作为柔性连接材料用于铰接设计,研究结果可为过断层隧洞设计提供一定参考价值。     

基于SEM的珲春低阶煤微观结构特征研究EI北大核心CSCD

目前利用扫描电镜（SEM）数字图像对低阶煤的矿物质成分含量、微裂隙发育及微观结构的各向异性特征缺乏系统的研究。结合扫描电镜试验和压汞试验,对珲春煤田低阶煤微观形态及微裂隙发育的各向异性特征进行研究。通过选择合适的灰度阈值,将扫描电镜中观察的平行和垂直层理的微观图像处理成矿物质成分二值数字图像和微裂隙二值数字图像,计算得到矿物质成分的百分含量以及平行层理面和垂直层理面中微裂隙体积百分比。分别研究平行和垂直层理方向微裂隙发育的分形特征,计算得到微裂隙的分形盒维数,结果显示,与平行层理相比,垂直层理方向微裂隙表面光滑性、规则性较差,空间充填能力较强,比表面积较大,而且具有更强的吸附能力。压汞试验结果表明,煤样的孔径多分布在10～100 nm及15～95μm范围,在10～100 nm附近比表面积变化量最大,扫描电镜观测得到的煤植体层片状结构和矿物质絮状结构形成的孔隙结构近似分布于此范围,说明煤植体层片状结构和矿物质絮状结构确实能够提供较大的比表面积,层片状煤植体结构能够贡献较强的煤层气储存吸附能力。     

岩盐蠕变行为的宏细观损伤特性试验研究

 岩盐的长期力学行为是地下储气库建设安全评估的重要参数,其蠕变特性和所受荷载条件(应力、温度、湿度)与其内部结构紧密相关。利用数字图像相关技术研究金坛岩盐不同尺度下蠕变过程及损伤演化。数字图像测试技术不仅给出材料在100 µm和厘米尺度全场应变分布,而且跟踪裂纹的发展变化。重点介绍不同应力水平下材料的蠕变行为,试验结果验证了蠕变速率随应力水平的提高而增加,测量到该岩盐在11 MPa的单轴条件下的宏观尺度稳定蠕变速率为10－9 s－1左右,而细观蠕变速率与其对应的结构紧密相关。蠕变过程中,裂纹扩展引起的损伤被准确定位,主要在晶粒与晶粒之间,且主要属于张拉破坏。     

地下工程抗震分析方法及性能评价研究进展

 地下工程震害及其抗震性能研究是当前国内外学者研究结构抗震的一个热点方向。由于受周围岩土体的约束,地震作用下地下结构的动力响应特征与地面建筑存在较大差异。针对地下结构特殊的动力响应特征,国内外学者展开了一系列抗震理论分析和模型实验研究。在论述地下结构地震动破坏特征及破坏机制的基础上,总结目前地下结构抗震性能评价的研究进展并指出其存在的问题,提出地下工程抗震分析研究重点及全寿命周期抗震的下一步研究方向,以期为我国强震区地下工程震害机制分析和抗震性能设计提供有益帮助。