非均质复合岩巷围岩破坏机理及底鼓控制技术

深部高地应力、层间软弱夹层（结构面）等复杂应力环境下复合煤（岩）巷道围岩变形严重,底鼓问题尤为突出。针对某矿-830水平大巷复合区域岩巷底鼓大变形技术难题,梳理了复合岩巷现场变形破坏特征,分析了围岩破坏力学机制。结合滑移线场理论建立底鼓力学模型,推导了底板破坏半径R0的显式解析式,并借助ZDY钻孔窥视仪对围岩内部损伤裂隙发育程度进行量化表征。建立UDEC数值计算模型反演了原支护下复合岩巷围岩应力、裂隙发育特征以及位移分布规律,综合分析了复合岩巷底鼓变形机理。结果表明：高地应力、邻近岩石极限强度差异大、底板岩性差、底板无支护或弱支护是复合岩巷产生底鼓大变形的根本性原因。结合现场调研及数值模拟分析结果,基于“固底–强帮”整体支护、“强–弱–强”组合承载圈分梯次加固底板的控制思路,提出了一种“全断面锚索+预制块反底拱”锚注联合支护技术应用于复合岩巷底鼓返修实践中。现场监测结果表明,巷道返修60 d内底鼓缓慢变形直至趋于稳定,最大底鼓量约为67.9 mm,相比原支护条件下底鼓变形量降低了95%,大大降低了巷道重复返修的可能性,确保了该矿煤炭资源安全高效开采。     

分子动力学模拟几种生物柴油模拟系统的冷滤点

为研究生物柴油的低温流动性,构建了6种用于模拟常见植物油生物柴油的含21条链和4种十八酸甲酯的模型。利用正则系综和COMPASS力场,对模型进行了不同温度下的分子动力学研究。计算了不同温度下模拟系统的热容和碳原子自扩散系数,得到两者随温度显著变化的区间交集。模拟发现,该交集和系统的冷滤点几乎一致,证明了本模拟模型和方法的可行性。对冷滤点前后系统的微观结构变化进行了观察,发现当温度降至冷滤点以下时,分子链趋于伸展,且局部排列更为有序,这与冷滤点的定义及热力学的熵原理是一致的。     

长期水作用下岩石软化系数的测定

介绍了岩石长期受水作用的弱化机理,特别是水-岩化学作用;对测定岩石软化系数的传统试验进行了分析,发现此法所测得的软化系数无法准确评价岩石长期受水作用时水对岩石的影响程度,并且这影响其在某些工程中的应用价值,最后针对这一问题对传统试验方案提出了优化措施。     

用于硫化橡胶脱硫过程能量分析之模型构建

双螺杆脱硫作为一种废旧橡胶脱硫的新方法、新技术,正引起越来越多的学者的关注。该脱硫方法属于一种热力双重作用脱硫方法,脱硫效果与温度和剪切力的选择密不可分。温度和剪切力提供了含硫键断裂所需的外部能量,所以含硫键断裂前后的系统能量变化问题是一个重要课题,而模型的建构则是最为关键的第一步。为此,构建了分别含2条链的天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）以及8条链NR、SBR周期模型,其中主链与主链之间分别通过单硫、双硫、三硫键相连接（交联）。采用COMPASS力场,利用分子动力学方法,在一定的模拟条件下,对交联键断裂及未断裂系统进行了分子动力学模拟。根据分子动力学得出的能量数据,计算出交联键断裂前后的能量差。结果表明,2条链的NR模型获得的能量差数据存在较好的定性关系,在增加模拟时间和对模型通过周期性排列改善后,能量差数据更为合理。而对于2条链SBR模型和8条链SBR周期模型,由于非键能作用影响超过了断裂的键能,断裂能量数据不太稳定（出现负值且二硫键相关能量数据波动较大）,说明这两种模型不太适合本课题研究。相对而言,8条链NR周期模型中平均单个键的能量差数据波动幅度不大,断裂能量差偏差较小,结果非常理想;而且,能量差大小与键能理论值顺序完全一致,说明8条链NR周期模型非常适合于研究硫化橡胶含硫键的断裂能量差。     

包裹有机链的银纳米粒子一维二维阵列的分子模拟研究

通过含贵金属纳米粒子的一维、二维有序阵列,可以制备纳米线和纳米膜。利用Materials Studio软件构建了由87个银原子内核化学吸附22根含苯不对称硫醚链(TTOE)形成的含银纳米粒子,在不同的间距条件下构建一维和二维阵列模型。首先考察了模型中链及苯环间相关关系受温度及阵列参数的影响情况。相关性由相关性判据界定。经分析,选用了平行次序参数大于0.6、垂直次序参数小于-0.3以及苯环质心间距小于1.0nm的一组判据。相关性分析结果表明,当温度升高至600K时,所有11个模型中链及苯环间相关性几近消失,说明较高温度下,此纳米粒子及其阵列可能不太适合作为纳米电子器件使用。在升温过程中,间距为4.8nm的一维纳米粒子阵列相关性保持较好,而二维则出现在较大间距情况下。其次,考察了模型中TTOE链平均头尾距(可视为链长,反映链伸展情况)受温度及阵列参数影响情况。模拟结果表明,较低温度下链的平均头尾距随纳米粒子间距减小而增加,而在较高温度下链则呈现出不同的伸展情况,转换区间在(500～600)K之间,这与链及苯环间相关性几近消失的区间相一致。产生这一现象应该是链包裹层能量效应和空间效应共同作用的结果。