双层地基中气体聚集与土体变形机制的试验研究

采用层状硅酸镁锂（magnesium lithium phyllosilicate,简称MLPS）透明土构建了上硬下软的双层地基模型,通过针孔注气来模拟沉积层中产生的气源,基于图像识别技术开展了地层气体聚集过程中气囊形态变化以及上层土体隆起变形的试验研究。结果表明：（1）气体在聚集过程中呈现出不同的气囊形态,上层土体的强度和高度决定了气囊突破的时间以及突破时的形态。（2）气囊形态、体积和压力的变化大致可分为两个阶段,第一阶段气囊体积、宽度基本呈线性增大,而气囊高度则由于底部收缩而逐渐减小,气压缓慢增大;第二阶段气囊宽度增加放慢,气囊体积膨胀速度加快,而气囊高度开始显著增加,气囊气压由最高点迅速降低。上层土体隆起的高度和宽度在第二阶段才开始明显增大。（3）气囊突破前的宽度、体积以及上层土体隆起宽度和高度与上层透明土的屈服强度、高度具有良好的拟合关系。（4）薄板理论可较合理地解释气体聚集引起的上层土体变形的机制,而中厚板理论则并不适用。     

基于动量平衡密封装置的大孔径静态爆破掏槽试验研究

根据大孔径静态破碎膨胀压力测试结果,分析了大孔径静态破碎剂反应机理。基于动量平衡原理发明了新型大孔径静态破碎密封装置,并成功运用于模拟掏槽实践。结合掏槽实践实测数据,修正了孔间距近似计算公式。该技术对小净距交叉环境下掏槽工程具有一定参考意义。     

地质调查成果简介——地下水分层采样系统该系统

以小直径、高扬程不锈钢潜水电泵或气囊泵为采样泵;以高膨胀比、高承压和长密封充气封隔器为止水元件,实现取样目的层与非目的层的完全隔离。适用于地下水分层监测、分层采样、分层抽水、水井修复等工作。     

钢管高强膨胀混凝土的数值模拟

钢管高强膨胀混凝土是一种新型结构形式,适用于岩士工程、地下工程、桥梁和高层建筑.应用结构分析有限元软件,将钢管高强膨胀混凝土视为非均质材料的组合结构,分别建立钢管和核心膨胀混凝土柱模型,对强度和膨胀剂含量不同的钢管混凝土进行数值模拟.数值模拟结果与相应实验结果较为一致,表明数值模拟分析钢管高强混凝土混凝土这种界面的组合结构十分有利.     

沿空掘巷合理煤柱宽度综合分析与确定

在总结分析经验法、理论计算法、数值模拟法、现场实测等确定煤柱宽度方法优缺点的基础上,提出了采用现场实测和数值模拟相结合的方法来确定保留煤柱宽度。根据石炭井二矿生产实际,分别对巷道开挖前后,不同煤柱宽度下围岩应力、变形进行了模拟,同时利用21053工作面异型煤柱的有利条件,对不同煤柱宽度下巷道围岩变形、支护结构受力等进行了实测。经过对监测数据的分析,得出了巷道围岩变形、支护结构受力与煤柱宽度之间的关系,结合数值模拟结果,确定了石炭井二矿煤柱宽度。     

不同约束方式下膨胀套管的旋转膨胀有限元分析

基于LS-DYNA动态有限元分析,建立了旋转拟合方式的膨胀套管模型,并模拟了整个膨胀过程。通过对套管不同约束方式的模拟结果分析发现,旋转拟合膨胀所需膨胀力为实心锥反拉膨胀的1/5左右,在不同约束方式下膨胀套管轴向长度的变化规律也不同：上约束方式下,套管长度先略有减少后稳定增加;下约束方式下,轴向长度一直减少。该规律通过对Φ95 mm套管的实际旋转膨胀试验得到验证,证明了模拟情况的可信性。     

松软地层灌浆实验装置研制

灌浆模拟试验是确定灌浆工程参数,掌握各参数对灌浆效果影响规律的有效途径和方法。现有灌浆模拟实验装置没有集成因而不能模拟灌浆全过程,无法模拟受灌体挤密压缩条件下的围压边界,不能全面进行灌浆效果检测、评价等。本文通过分析、研究灌浆工艺及灌浆机理,研制了一种适用于松软地层的灌浆模拟实验装置,集成的系统可完整模拟不同灌浆方法的全过程。采用拆卸便捷的刚性高压容器装入多类型松软地层的受灌体,可模拟多孔（排）灌浆;紧贴其内壁的气囊,通过压力源的有效控制,可方便地模拟不同深度的地层围压环境;渗透性测试系统能提供可控水头,进行注水实验及灌后质量检测。功能验证结果表明,该装置能真实模拟现场灌浆全过程,可测得灌浆参数（灌浆压力、灌浆量）与灌浆效果（扩散距离、结石体性状等）之间的关系,为研究灌浆机理及灌浆设计施工参数奠定基础。     

膨胀式尾管悬挂器的研究

为了解决常规尾管悬挂器过流面积小、密封性能差的缺点,研究了膨胀式尾管悬挂器。主要对膨胀式尾管悬挂器的工作原理,结构原理,关键技术包括替浆技术、固井技术、膨胀悬挂技术、丢手技术进行了研究;解决了膨胀管悬挂的一系列技术难题;对膨胀管受力进行了有限元分析,并将结果与室内试验进行了对比,两者结果基本一致。通过野外试验进一步证明了膨胀式尾管悬挂器能够提供足够的悬挂力,满足悬挂要求。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔三段式自动封孔器研究

针对煤矿井下瓦斯抽采钻孔需人工下入封孔器并注入封孔料完成封孔,封孔工艺自动化程度低,研发煤矿井下瓦斯抽采钻孔三段式自动封孔器,其外形尺寸与钻杆相仿,可被自动钻机下入钻孔,并可实现自动注入封孔料。采用有限元分析的方法,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型表征应变能函数,获取封孔器动密封机构橡胶密封圈的受力情况,并获得不同材料封孔器胶套在不同膨胀力作用下的膨胀情况,为动密封机构滑动推动力数值的确定和胶套材料的选择提供参考;采用理论计算的方法对工作状态下三段式自动封孔器的流道进行水力计算,获得三段式自动封孔器封孔用水的流量和压力,为自动封孔参数的确定提供参考;利用有限元分析的方法校核封孔时封孔器储液腔的受力情况,分析三段式自动封孔器核心部件结构设计合理性,确保封孔器正常工作。制作实验样机,开展三段式自动封孔器室内封孔实验和封孔效果对比实验。室内封孔实验显示封孔器动密封机构动密封效果良好,封孔料自动注入模拟钻孔中,天然橡胶胶套自动膨胀充满模拟钻孔且可有效封堵封孔料,三段式自动封孔器具有可行性。封孔效果对比实验显示,自动封孔器封孔效果与现有的聚氨酯压注法工艺封孔效果相近,且优于传统的聚氨...     

红层泥岩三轴膨胀力的试验研究

针对现有规范中红层泥岩膨胀力测试结果偏小问题,自主研制了膨胀性岩石三轴膨胀力测试装置。采用先放试样后加约束的方式克服了岩石与容器壁有释放变形空隙的局限性,解决了膨胀力测试结果偏小的问题。通过膨胀土和红层泥岩三轴膨胀力的测试研究,检验了三轴膨胀力测试装置的合理性和有效性,初步总结了红层泥岩三轴膨胀力的变化规律。研究结果表明:三轴膨胀力测试装置及其测试方法能够克服传统固结仪试验方法的局限性,具有较好的实用性,可以适用于膨胀土和膨胀岩三轴膨胀力的测试;红层泥岩三轴膨胀力多数是在MPa的量级,传统固结仪测试的膨胀力多数是kPa量级,更新了现有红层泥岩膨胀力较小的认识;通过对试验结果的分析和膨胀后试样的观察,发现红层泥岩的膨胀机制与膨胀土的膨胀机制是不同的;红层泥岩主要是新鲜岩石表层吸水膨胀、泥化崩解,泥化层剥蚀后,新鲜面再次吸水膨胀、泥化崩解,这是一个逐层循环膨胀的过程。