2024年第39卷第3期目录

• 多点位保压取样器结构设计与强度分析

  唐文波, 彭佑多*, 何术东

  2024,39(3):1-10, DOI:

  摘要 (55) PDF (2.43 MB) (282)

  Abstract:

  为了便于获得宽海域多点位的沉积物保压样品,提高潜水器下潜的工作效能,开发一种可搭载在潜水器和遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle,ROV)上的万米级深海底沉积物多点位保压取样器。在材料选择、设计方案、结构布局和保压原理等方面对该多点位保压取样器进行介绍,结合安全系数分别运用弹性失效理论和有限元仿真对其主要保压元件进行分析,理论计算与有限元分析结果基本一致,验证了多点位保压取样器强度设计的合理性;同时对研制的保压元件进行试验验证,试验结果证明多点位保压取样器的结构强度和密封性均能满足全海深保压技术指标要求,证实锁紧式密封结构的可行性。
• 海底天然气水合物储层复杂地层钻进取芯数值模拟

  卫成效, 金永平*, 刘德顺, 万步炎, 何术东

  2024,39(3):11-19, DOI:

  摘要 (39) PDF (2.35 MB) (280)

  Abstract:

  海底天然气水合物由于其特殊的成藏机理,其分布大多与海底构造地层相关,而天然气水合物的赋存状态同样影响着海底沉积物的性质,因此其储层往往是可预见性差、可钻性差及稳定性差的复杂地层。针对天然气水合物储层的软硬互层,利用有限元软件Abaqus/CAE,建立搭载在海底钻机上的金刚石钻头对天然气水合物储层钻进取芯的有限元仿真模型，对钻进过程进行模拟分析。通过在钻头上施加不同的钻进参数,获得金刚石钻头随钻进参数变化的规律,以及不同钻进参数下水合物储层不同位置的应力状态;通过对应力状态进行分析,得到岩芯受扰动的变化规律。结果表明:金刚石钻头在穿过不同地层时运动状态可分为3个阶段,钻头的平均钻速随着钻压与转速的增加而增加;不同地层的岩芯失效率大不相同,水合物层岩芯的失效率为10%~15%,其上覆土层岩芯的失效率为25%~45%,而且失效率受钻压的影响较为明显。
• 考虑孔隙水作用的盾构倾斜隧道开挖面可靠性分析

  张晗秋1, 周标1, 周飞2, 刘云龙2, 曾林海3*, 朱远嫘3, 王森3

  2024,39(3):20-28, DOI:

  摘要 (43) PDF (2.16 MB) (272)

  Abstract:

  为研究倾斜隧道开挖面在孔隙水作用下的稳定性,将孔隙水作为外力引入倾斜隧道开挖面计算模型中,运用极限分析法求解孔隙水作用下倾斜隧道开挖面支护力的解析解,并通过序列二次规划(Sequence Quadratic Programing,SQP)算法求解得到支护力上限解。根据可靠度理论,构建倾斜隧道开挖面极限状态方程,分析隧道倾角、孔隙水压力系数、水位线高度和Hoek Brown参数对隧道开挖面失效概率的影响以及不同安全等级下支护力的合理范围。结果表明:孔隙水及隧道倾角对隧道的稳定性有显著的影响,隧道开挖面失效概率随孔隙水压力系数的增加而增加。研究结果可为孔隙水作用下倾斜隧道支护提供理论支撑。
• 花岗岩中应力波传播试验与数值模拟分析

  高子涛1, 马泽瑞1, 汪书敏1，2*, 王志亮1, 尚晓梓1, 毕云飞1, 华正宇1, 缪逢晨1

  2024,39(3):29-35, DOI:

  摘要 (57) PDF (1.49 MB) (395)

  Abstract:

  为研究华山花岗岩中的应力波衰减规律,基于花岗岩一维杆状试件的摆锤冲击试验,探测和分析脉冲振幅衰减和信号传播特征。随后,采用LS DYNA商业软件和Holmquist Johnson Cook(HJC)本构开展对应的动态试验数值模拟与分析,并将花岗岩岩杆应力波衰减时程的数值结果与试验结果对比,验证HJC本构参数对华山花岗岩的适用性,分析应力波在花岗岩中的传播及衰减规律。结果表明:华山花岗岩中应力波的振幅随传播距离增加呈指数衰减,衰减系数 η 约为0.181.HJC本构模型可有效模拟华山花岗岩中应力波的无衰减规律,并基于试验结果确定了相应的HJC本构模型参数,研究结果可为花岗岩矿山岩体爆破安全与稳定分析提供借鉴。
• 某露天矿场爆破振动特性

  李清正, 林大能*

  2024,39(3):36-41, DOI:

  摘要 (53) PDF (1.09 MB) (400)

  Abstract:

  为探究某露天矿山高陡边坡爆破振动特性,根据该矿山的岩石性质和爆破规模,对现场进行爆破振动测试,采用TC4850爆破振动检测系统,结合爆破试验区域的地势地形,在不同高度的台阶布置测试点,爆破作业后采集到相关数据。基于MATLAB软件编程进行回归分析,得出该矿区质点最大振速的拟合公式,考虑高程效应后得到更为理想的拟合公式,相关系数r2为0.942。在一定范围内,爆破振动强度与测点相对于爆心高程呈正相关,放大效应与相对高程有关。相对高程较小时放大效应明显,考虑高程效应可以获得更准确的爆破振动特性。
• 考虑节理裂隙的复杂岩质边坡稳定性控制技术

  尹华东1, 张道兵1*, 熊慧灵2, 石倩3, 胡阿平1, 朱远嫘1

  2024,39(3):42-49, DOI:

  摘要 (71) PDF (2.68 MB) (401)

  Abstract:

  节理裂隙是影响边坡稳定性的重要因素之一,为研究含有节理裂隙的岩质边坡稳定性,以衡山县紫景轩边坡支护工程为研究背景,采用定性和定量分析方法对该边坡的稳定性进行评价。定性分析揭示该边坡存在多组不利的岩层结构面、节理面和组合交线,沿YC5-J3，YC6-J5和YC9-J7组合交线的稳定性最差;定量分析表明该边坡支护前在自重及暴雨工况下处于不稳定-基本稳定状态。为此,提出一种格构式锚杆(索)挡墙、挂网喷混、注浆钢花管和坡脚浆砌块石挡墙相结合的支护方案,并辅以截排水工程以及监测措施。最后,通过指定潜在滑裂面和自动搜索最危险滑面的方式,采用理正岩土软件计算得出支护后的边坡稳定性系数满足规范要求。该支护方案能有效控制含有节理裂隙的岩质边坡的稳定,可为类似的矿山边坡支护设计提供技术支撑。
• 桥梁支架预压形变有限元模拟与预拱度优化设置

  钱明明1, 龙四春1*, 刘茂琪1, 赖咸根2, 周健3

  2024,39(3):51-57, DOI:

  摘要 (38) PDF (1.58 MB) (323)

  Abstract:

  为研究支架预压形变规律,优化传统预拱度设置曲线,以长株潭西环线高架桥区间满堂支架结构预压试验为工程背景,结合设计预压方案和现场施工情况,选取31-32桥跨支架结构实测数据和模拟数据进行对比分析,并用多项式拟合的方法对预拱度曲线进行优化设置。结果表明:高架桥预压预拱度设置曲线并非一条平滑的二次函数曲线,根据四次多项式拟合得到的预拱度曲线更符合现场实际工况。并用7-8桥跨支架结构的实测数据和拟合所得的预拱度曲线进行对比分析,证实采用多项式拟合法优化施工预拱度曲线具有可行性,研究结果可为类似桥梁预压施工提供参考。
• 煤尘润湿性能试验

  牛金明1*, 李金华1, 凌玉平2

  2024,39(3):58-63, DOI:

  摘要 (41) PDF (1.59 MB) (390)

  Abstract:

  煤矿粉尘防治手段主要有煤层注水和喷雾降尘,煤尘润湿性能对降尘效果影响显著，而煤尘粒径和表面活性剂是影响煤尘润湿性能的重要因素。为了研究煤尘粒径和表面活性剂对煤尘润湿性能的影响,以某煤矿6种粒径煤尘样品为试验对象,选取4种表面活性剂(SDS,SDBS,Tween-80以及OP-10)开展煤尘微观特性和润湿性能试验。结果表明:煤尘粒径越小,其比表面积越大,平均孔径越小,煤尘的润湿性越差;同一煤质的煤尘润湿效果随着粒径的减小而降低;煤尘的润湿效果随表面活性剂的变化而变化,4种表面活性剂对煤尘的润湿效果大小为OP-10>SDBS>SDS>Tween-80,溶液中表面活性剂的质量分数超过0.05%时,煤尘的润湿性能基本无提升。在实际应用中使用表面活性剂OP-10和SDBS会比较经济实惠。
• CO₂致裂对原煤吸附特性和分形特征的影响

  陈思粮1, 江泽标1.2*, 扶祥祥1, 权西平1, 杨希法1, 莫桥顺1

  2024,39(3):64-69, DOI:

  摘要 (22) PDF (1.54 MB) (247)

  Abstract:

  为了探究二氧化碳致裂对原煤吸附特性的影响,对原煤和致裂煤进行扫描电镜实验、压汞实验和液氮吸附实验。结果表明:原煤表面裂隙较少,致裂煤表面分布大量的微裂隙并贯穿整个煤体;原煤和致裂煤的进汞退汞曲线都存在滞后环,且致裂煤进汞退汞曲线的滞后环远大于原煤进汞退汞曲线的滞后环,当压力大于1.1 MPa时,原煤的进汞退汞曲线位于致裂煤的进汞退汞曲线的下方,并且曲线之间的差距随着压力的增加越来越明显;致裂煤的吸附脱附体积远高于原煤的吸附脱附体积,致裂煤的脱附曲线在相对压力接近0.95时的下降速度要快于原煤;原煤的分形维数大于致裂煤的分形维数,因此致裂对煤层孔隙发育为大孔、增加孔隙体积具有促进作用,致裂使煤内部连通性和煤层的透气性增强,便于瓦斯的解吸与运移。该研究可为煤层气的抽采以及预防煤与瓦斯突出提供参考。
• 大型顺层岩石滑坡中多排组合桩加固的数值模拟

  张阳阳*

  2024,39(3):70-78, DOI:

  摘要 (30) PDF (2.74 MB) (279)

  Abstract:

  为探究大型顺层岩石滑坡的合理支挡防护体系,确保顺层岩石边坡的稳定性,依托安徽某顺层滑坡,基于数值模拟方法,分析“单排桩(或锚拉桩)+h型抗滑桩”联合支护体系在顺层岩石滑坡中的受力特性及支挡防护效果。研究表明:滑坡下部临空面支护与中上部h型桩相关联,且下部单排桩增设锚索后,h型桩桩顶和滑面处位移明显降低,最大弯矩和剪力也有下降趋势;h型桩连梁与后排桩的连接方式对抗滑桩的支护效果有一定影响,固接效果强于铰接,连梁固/铰接方式对h型桩支护结构的弯矩和剪力的影响远小于单排桩有无锚索对h型桩支护结构的弯矩和剪力的影响;“单排桩(或锚拉桩)+h型抗滑桩”联合支护体系可以有效地控制坡体变形,确保顺层滑坡支挡后处于稳定状态。研究成果可为此类岩石边(滑)坡的支护治理提供一定的理论借鉴。