射流式液动锤内部动力过程的数学模型及仿真分析

建立了活塞、冲锤在缸体内的运动规律,上下缸内液体状态变化的数学模型以及冲程和回程阶段活塞运动微分方程。应用Matlab语言及其主要工具Simulink对射流式液动锤内部动力过程进行数值仿真分析计算,得出射流冲击器仿真计算结果数据,绘制出位移、速度、前后腔压力、加速度曲线。     

高外水压力下隧道工程的渗控措施研究

本文简要叙述了深埋富水地区隧道工程外水压力处理的两种方式,从不同角度分析了两种处理方式的优缺点。根据渗流计算的原理分析了“灌浆封堵”外水压力的作用机理。并结合工程实例,对“以堵为主、堵排结合”渗控措施进行了三维有限元数值仿真分析,得出了工程实用的渗控方案,分析结果可为工程设计施工提供参考。     

黏土地层中桩锚支护结构土压力分布研究

桩锚支护结构以其技术要求低、适用性广的特点备受设计和施工单位青睐。但当前岩土工程依然存在实践超前理论的现象,技术的不断进步势必要对基坑工程提出更高的设计要求。利用FLAC^(3D)对顺义区某深基坑工程进行仿真分析,模拟出桩侧土压力分布曲线。与经典土压力理论进行对比,桩身位移、锚杆拉力模拟值与实测值更加接近,认为模拟土压力分布曲线更加符合工程实际。提出的黏土地层桩锚支护结构土压力分布形式,对于优化结构设计,降低施工成本具有重要意义。     

单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性分析

本文主要针对一种新型的可以保留钻杆旋转自由度的机械手,研究其运移钻杆时的稳定性和安全性是否满足要求。该机械手通过蓄能器提高了停泵保压效果,通过滚轮结构保留了钻杆的旋转自由度。本文建立了机械手的多体动力学模型及配套的液压控制回路,并进行机-液联合仿真分析。在分别改变钻杆直径和液压回路压力的条件下,观察机械手夹紧效果。通过仿真得到了钻杆的夹紧力变化曲线及钻杆重心位置变化曲线,确定了液压系统的许用压力范围,并验证了单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性满足要求。     

卸压开采研究进展

大规模深部开采已成为我国采矿工业发展的必然趋势。冲击地压、大变形控制是深部开采的研究热点,它们都是由过高的深部开采地压导致的。卸压开采的目的就是要转移或释放部分高地压。总结了压力拱、支承压力、最大水平地应力、板理论、卸压支护和轴变论等卸压理论及其适用领域。从卸压机制入手对卸压施工工艺进行了简单分类。概述了卸压开采的研究方法。其结果表明：钻孔爆破是一种灵活的卸压施工工艺;未来卸压理论研究仍将遵循相似模拟、数值仿真与原位测试相结合的原则;在卸压开采的数值仿真领域,开发嵌入了LS-DYNA3D的FLAC3D软件是钻孔爆破卸压的一个值得重视的研究方向;多种卸压理论的有机结合是创新卸压施工工艺的研发方向;压力拱、卸压支护理论仍值得深入研究。     

基于修正剑桥模型的三轴试验仿真模拟

基于虚拟现实思想,研制了三轴试验的计算机虚拟仿真课件。介绍了使用Authorware平台开发研制的三轴试验的计算机仿真课件以及太沙基三轴固结过程中孔隙水压力计算公式,详细论述了基于修正剑桥模型的三轴试验土样在不排水剪切过程中超孔隙水压力、应力-应变关系、有效应力和总应力的推导过程,并在课件中编程实现。通过利用课件对三轴试验进行模拟操作,不仅能使学生进行系统的试验前的操作训练,而且能够使学生更深刻地掌握土力学的基本原理。     

钻机配油套密封性能仿真研究

配油套是全液压钻机动力头中重要密封元件,其密封性能直接影响到液压系统的容积效率。通过计算受热、受压作用下的配油套与主轴变形导致的密封间隙变化量,并采用CFD技术对变形后的配油套密封间隙内部流场进行仿真分析,得到配油套密封间隙内压力分布情况,以及配油套泄漏量与工作压力、温度的关系。研究结果对设计配油套工作压力,确定工作温度的适用范围具有参考价值。      

反循环钻头引射孔倾角的仿真分析

介绍了引射装置的工作原理及其在反循环取心钻头体上的应用。运用FLUENT流体工程仿真软件对30°、45°、60°3种不同倾角引射孔内部形成的负压进行模拟,得到对应压力分布云图与数值,并根据所得结论制造出带有3种角度的引射装置。实验室试验数据与仿真结果比较,二者基本吻合。这说明运用仿真技术对引射结构进行优化设计是可靠的,并且过程简单,与经验法和试验法相比,其成本低,周期短,结论更准确。      

岩石高压三轴试验机的液压加载系统关键技术研究

为模拟岩体地应力与环境水等赋存条件,需开发一套能模拟多种溶液环境的岩石高压三轴试验机。设计了一套同时驱动四压力室的高压液压系统,并对该试验系统的增压方法、连接结构密封、溶液隔离等关键技术进行研究。设计了一级增压结构,为系统提供超高围压;提出T型-斜面密封圈结构设计,增强结构连接处静态密封性能;并设计安装管道隔离膜,将压力室赋存溶液与增压缸相隔离。最后提出采用同等控制结构增强系统同步性能以及使用自适应Fuzzy-PID控制算法增强系统稳定性,并通过MATLAB/Sim-Hydraulic液压仿真模块对所设计的液压加载系统进行仿真模拟,分别分析了自适应Fuzzy-PID算法下同等控制与主从控制液压缸的响应速度,并对比了PID控制和自适应Fuzzy-PID控制下系统的抗干扰性能。研究为类似岩石高压三轴试验机液压加载系统设计提供了参考。     

黑龙江省荣华立井壁后空洞破坏及注浆有限元分析

井壁溃沙、壁后空洞对立井的影响一直威胁着煤矿安全生产,对破坏的立井稳定性规律研究分析及处理方法备受关注。本文应用大型有限元分析软件ADINA,采用莫尔-库仑准则和拉伸破坏准则的组合并结合现场仪器原位检测模拟井壁后空洞破坏以及注浆,对荣华立井壁溃沙、壁后空洞对立井稳定性的影响和壁后注浆治理时不同注浆压力对井壁稳定性影响的基本规律进行研究,并依据分析结果制定了注浆方案。数值仿真分析表明:溃沙、空洞对井筒稳定有不利影响,并造成地表沉降;注浆压力对井筒稳定性有直接影响,当注浆压力达到一定值时,井壁竖向应力可出现拉压力,水平应力增大易导致井壁破裂。     

盾构隧道开挖面稳定的可靠度研究

目前,盾构隧道开挖面稳定性评价方法均是确定性方法。为了考虑土体参数的变异性,提出用可靠方法来评价其稳定程度。采用数值模拟方法,研究了隧道开挖面极限支护压力。基于BP神经网络预测大量给定地层参数工况下的开挖面极限支护压力,对其进行统计,得其概率分布特征。在理论分析的基础上,结合工程实际,探讨了盾构施工土压力的确定原理。建立了隧道开挖面稳定的极限状态方程,对其进行了可靠度分析。该研究除能够科学、合理地评价开挖面的稳定程度外,对于盾构施工过程中合理地设定开挖面支护压力也具有一定的参考作用。     

Geotechnical influence on existing subway tunnels induced by multiline tunneling in Shanghai soft soil

Multiline tunneling construction in soft soil significantly impedes risk control and environmental protection. Current research has investigated on the effect of single-line shield excavation on surrounding environments and tunneling for parallel-crossing or perpendicular down-crossing underground structures. However, minimal attention has been given to soil disturbances induced by multiline tunneling and complex overlapped interaction mechanics for adjacent structures, such as existing above-crossing and down-crossing subway tunnels. Few studies focus on oblique crossing construction and setting rules for the operation parameters of shield machines. Based on the Shanghai Railway transportation project and in situ monitoring data, the deformation analyses of existing subway tunnels induced by an earth pressure balance (EPB) shield during the process of above-overlapped and down-overlapped crossing tunnels with oblique angles are presented. The deformation analyses employ the three-dimensional finite element (3D FE) numerical simulation method, and the simplified analytical method. The analysis results from the theoretical methods are consistent with the monitoring data. The setting rules of multiline propulsion main parameters, including the earth pressure for cutting open, and the synchronized grouting, are also established. This study may provide a theoretical basis for the development of properly overlapped crossing schemes and geotechnical protective measures during multiline tunneling construction in soft soil.     

盾构法隧道施工的精细模拟

在分析了现有的部分细节仿真中存在问题基础上,提出在盾构开挖面前方设置开挖卸荷单元,来模拟开挖面土体的三维移动,改进了千斤顶推力的施加方法.通过施加已知结点位移模拟刀盘超挖和盾尾脱空引起的地层损失,并通过设置横向和纵向三维Goodman接触面来模拟盾构前行、盾尾脱空及注浆作用下土体与结构间的接触.利用推荐的方法对一算例进行分析.结果证明了模拟方法的合理性.     

Spatial random fields-based Bayesian method for calibrating geotechnical parameters with ground surface settlements induced by shield tunneling

Acta Geotechnica - The precise mechanics simulation of shallow shield tunneling through soft soil is an engineering challenge. Elastic–plastic deformation causes progressive failure for the...     

隧道盾构法施工引起周围土体附加应力分析

结合弹性力学Mindlin解,运用边界单元法,推导了施工过程中盾构正面推力和盾壳与土体之间的摩擦力引起的周围土体附加应力计算公式。根据土体损失的空间分布规律,应用镜像法原理,推导了土体损失产生的附加应力计算公式。将正面推力、摩擦力和土体损失引起的附加应力进行叠加,得到盾构推进过程中周围土体总的附加应力计算公式。以上海某隧道工程为例,分析了正面推力、摩擦力、土体损失及共同作用引起附加应力的分布规律及对周围环境的影响,为保护盾构推进一定范围内的建（构）物提供了依据。     

Shield Tunneling in Rock–Soil Interface Composite Formations

With increased demand for the tunnel construction in rock–soil interface composite formations, the influence on surrounding environment especially the excavation face instability during construction and ground settlement in the long term has gained great attention. The researches about environmental disturbance by shield tunneling construction in single ground as the soil or rock conditions have been developed continuously. However, due to the complexity and uncertainty of the interaction between rock–soil interface composite formations and shield machines, works on these special conditions have not been carried out sufficiently. In this paper the theoretical, experimental and numerical researches on the excavation face stability and ground settlement are discussed while the in situ datum are used to support them. First, the typical projects in rock–soil interface composite formations are listed and the difficulties met are summarized. Second, the failure model of excavation face and support pressure from the tunneling shield in rock–soil interface composite formations are discussed. Then, a comprehensive survey of the factors of ground settlement during and after construction and some effective prediction models are made. Finally, the existing problems and directions for future research are introduced.     

昆明泥炭质土地铁盾构等代层压缩模量试验研究

在城市地铁盾构施工过程中,地表沉降是重要的工程问题之一,不但影响地铁隧道的安全建设,更直接关系到周边紧临建筑物的正常运营。等代层压缩模量是控制地表沉降的关键参数,特别是软弱土层中的地铁盾构。等代层注浆材料与土体的混合比例关系、注浆后的养护时间是直接影响其压缩模量的重要因素。本文依托昆明地铁3号线石咀段泥炭质土层盾构工程,进行注浆材料与泥炭质土的不同比例关系及不同养护时间条件下的压缩模量试验研究。探索泥炭质土层中盾构等代层中浆体与土体的合理比例关系,并提出注浆后何时能达到预期的等代层压缩模量,为泥炭质土地区地铁盾构施工提供参考。     

Computational model for the simulation of the shield tunneling process in cohesive soils

A two-dimensional computational model is developed here in order to simulate the continuous advance of the Earth Pressure Balance (EPB) Shield during the tunneling process in cohesive soils. The model is based on the combination of the plane strain “transverse–longitudinal” sections that can incorporate the three-dimensional deformation of the soil around and ahead of the shield face. This model is capable of prediciting the soil response due to the shield tunneling before the event, especially in soft ground conditions. An elasto-plastic finite element analysis that is based on the coupled theory of mixtures for inelastic porous media for finite deformation is used in this work to describe the time-dependent deformation of the saturated cohesive soils. The results of this model are compared with the in situ field measurements of the N-2 tunnel project excavated in 1981 in San Francisco using the EPB shield tunneling machine. Reasonable agreement is found between the observed field measurements and the predicted deformations of the soil using the proposed numerical simulation. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

盾构动态掘进中围岩变形特性的数值实验研究

为了解软弱土层盾构隧道围岩的变形特性,结合某市地铁盾构下穿既有桥梁结构工程实例,建立每个分析步下盾构动态掘进三维数值模型。模型建立在库仑屈服准则和孔隙水达西定律推导的固结有限元方程上,综合考虑刀盘扭矩、推进力、土仓压力、桥基荷载及孔隙水压力等影响盾构施工质量的诸多因素,结合室内三轴实验和现场实测数据,对盾构动态掘进过程建模原理、模型合理性、围岩变形特性及桥梁结构安全等问题进行研究。研究结果表明:盾构掘进对围岩变形影响表现为接近、穿越和远离3个阶段;盾构接近断面时,受刀盘扭矩、推进力和土仓压力的影响,前方地表出现拱起;盾构穿过、远离断面后,围岩发生沉降、向隧道内和向前运动趋势,变形主要集中洞口上方,呈槽型;地表/桥基沉降计算和实测值吻合,围岩变形能够满足盾构隧道施工安全。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明:随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。