双向气动冲击机构配气行程设计研究

冲击回转挤密法钻进是一种先进的土层锚杆成孔工艺方法\[1\]。双向气动冲击机构是其成孔设备双向气动潜孔锤的核心机构,配气行程长度的设计是否合理关系到潜孔锤正向冲击时的工作性能及能否实现有效的反向冲击。在分析配气原理的基础上,采用分段计算法,结合有限差分原理对双向气动冲击机构的配气行程长度设计进行了研究,并提出了双向气动冲击机构配气行程长度比的设计参考值。     

落石冲击荷载下框架门式棚洞结构优化探讨

采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立框架门式棚洞的两种仿真模型,模拟棚洞结构在落石冲击作用下的动力响应过程,分析冲击力在棚洞结构中的传递和扩散情况,提出通过控制冲击力扩散过程的方式对结构优化。对比结构优化前后在冲击力作用下的应力和变形情况,发现通过改变结构顶板倾角能在一定程度上减小冲击作用引起的最大等效应力,降低棚洞顶板变形,提高棚洞的抗冲击性能,且门式直柱式棚洞的结构优化效果尤为明显。     

贯通式风动潜孔锤反循环钻头结构流场的分析与结构优化

简要介绍了流体力学计算软件，详细阐述了运用该软件分析取心钻头内外流场的原理和步骤，通过仿真分析GQ-89贯通式风动潜孔锤反循环取心钻头周围的流场，优化设计了钻头的反循环结构参数，取得满意效果。     

贯通式潜孔锤反循环钻头的结构优化

针对Φ89 mm反循环钻头取心短且带裙边的问题,对其碎岩过程进行有限元软件ANSYS数值模拟分析。根据分析结果提出合理设计方案,再对新钻头进行有限元数值分析,并与原设计进行对比分析,同时进行室内试验验证。结果表明,优化后的钻头取出的岩心较长、较完整且不带裙边,优化方案合理可行。     

切削齿型结构对金刚石钻头钻进性能影响的仿真分析

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了孕镶金刚石钻头的三维有限元模型,研究了钻头切削齿结构对钻进性能的影响并进行现场试验验证,提出了一种基于Image-Pro Plus的应力面积分布对比方式。结果表明：同心环齿型钻头在钻进初期沿旋转方向切削齿前缘出现应力集中现象,花齿型钻头未出现明显的应力集中;2种齿型钻头在钻进后期均会不同程度出现内外径边缘靠近水口部位应力集中现象,易导致钻头内外径部位变相磨损;花齿型钻头的钻进效率要优于同心环型钻头,但是钻进寿命有所下降。     

冲击挤压跟管钻具的设计与仿真分析

通过对潜孔锤跟管钻进在软弱地层中难以钻进的原因进行分析,提出将冲击挤压钻进与跟管钻进结合的设计思路,进行冲击挤压跟管钻具的结构设计。运用有限元分析软件对钻具的钻进工况进行仿真模拟分析,根据计算结果对钻具的设计、优化进行指导并为钻具结构设计的合理性提供理论依据。     

水平定向钻进虚拟仿真培训系统研究

虚拟仿真技术是目前计算机科学研究热点,将虚拟仿真技术应用到非开挖领域是非开挖教学及研究的发展趋势。针对水平定向钻进（Horizontal Directional Drilling,HDD）这一非开挖的主要施工工法,采用SolidWorks、3ds MAX、Photoshop等软件对三维场景、钻机以及钻头等施工设备进行三维建模,通过研究场景漫游技术、多摄像机跟随技术、物理效应仿真技术和轨迹记录及跟随等技术在Unity3D平台上开发培训系统,并将系统发布至桌面系统。该系统具有场景漫游、多视角显示、控制钻进、显示参数功能。测试结果表明培训系统运行流畅,场景切换迅速,具有良好的三维展示和教学功能。     

YCJF-20型全液压冲击反循环钻机结构特点及应用

简要介绍了YCJF-20型全液压冲击反循环钻机的结构特点、性能参数以及应用情况。     

DGZ-150B型旋喷钻机提升系统稳定性分析及改进

钻机提升系统在开启和关闭时存在着严重的液压冲击现象,因而会造成钻机运行的不平稳。产生液压冲击主要是由换向阀开启和关闭时液压油和负载的动能瞬时转化为压力能而造成的。本文结合DGZ-150B型多管全方位旋喷钻机,主要介绍了通过改进提升液压系统回路和选择合理的提升速度来降低液压冲击的影响。通过利用AMESim 软件对改进前后的提升液压系统建模仿真,可以看出改进后的液压系统对液压冲击有明显的控制,系统稳定性大大提高。按照改进后的提升液压系统对钻机的提升系统进行改造,钻机在步进提升时基本感觉不到液压冲击,钻机的震动大大减轻,稳定性增强。     

基于LS-DYNA的贯通式潜孔锤反循环钻头强度的优化分析

通体花键式贯通式潜孔锤反循环钻头在实际施工中尾部较易损坏,影响反循环钻头的使用寿命。为提高反循环钻头的使用寿命,对反循环钻头尾部结构进行了优化设计,并采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA对改进前后的反循环钻头进行了仿真分析。分析结果表明：由于在冲锤的高频冲击作用下,反循环钻头尾部易出现较大的局部应力集中,导致钻头体出现疲劳破坏;通过对钻头尾部结构设计优化后,与通体花键式反循环钻头相比,新结构钻头在无泄风槽情况下,应力集中值减小44%,在有泄风槽的情况下,应力集中值减小19%。数值模拟分析表明,优化后能大幅度提高钻头寿命。     

渭河盆地岩石圈热结构模拟及其对地热系统热源机理的启示

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地以及北秦岭构造带的深部温度场和岩石圈热结构开展数值模拟研究,在此基础上分析渭河盆地地热系统深部热源机理。结果表明,旬邑—西峡剖面上大地热流介于57.6～75.7mW/m²之间,平均为(70.4±4.7)mW/m²;地幔热流在29.5～38.6mW/m²之间,平均值为34.1mW/m²;莫霍面温度变化范围约在600～740℃之间;“热”岩石圈厚度约为95～110km。从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,大地热流、莫霍面温度和地幔热流值表现出低→高→低的变化规律,相应地“热”岩石圈厚度则表现出厚→薄→厚的变化趋势。渭河盆地地壳厚度减薄明显,莫霍面温度显著高于渭北隆起和秦岭造山带,暗示着渭河盆地地壳活动性显著。然而,从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,“热”岩石圈厚度变化范围不大,且渭河盆地内...     

基于Petri网的地质灾害事件空间复杂结构模拟与分析系统

地球系统中各种空间对象在时空及功能上的直接或间接的依赖关系是研究各种复杂问题的出发点, 模拟和分析这些对象之间的直接和间接制约关系往往是认识复杂系统和进行空间决策的基础, 如在地震、洪水、火灾等突发性事件发生过程中各种应急设施和部门的相互影响和制约往往是复杂的、不协调的关系.由此产生的级联效应往往会造成意想不到的严重后果.如何提高对灾害效应的认识, 预警预报灾害的级联效应是提高灾害预防和应急反应能力的重要基础.在研究灾害事件中相关对象之间的空间复杂结构的基础上, 通过建立定量关系来表示对象之间的相互关系, 采用模糊Petri网技术模拟对象之间的级联效应.以四川汶川大地震后堰塞湖的空间复杂结构为例, 动态模拟堰塞湖的潜在级联效应, 推测出易受影响的堰塞湖, 从而为有效防治地震后的次生灾害提供一种理论与技术思路.该方法和技术同样可以用于其他地学复杂系统结构的模拟和分析.      

SH25H型液压风动冲击钻机在大口径硬岩钻孔灌注桩施工中的试验研究

根据京沪高速铁路徐州东站大口径嵌岩灌注桩工程,试制SH25H型液压风动冲击钻机？采用气动潜孔锤空气正循环组合钻进工艺,结合捞砂桶排渣,摸索总结出一套针对硬岩地层的干式成孔新方法,钻进效率及钻孔质量显著提高,为大直径成孔施工增添了一种新的方法。     

华南多层推滑构造系的物理模拟实验

利用物理模拟的方法,研究华南多层推滑构造系的变形特征、变形过程和力学机制.在实验室条件下,根据实际地质条件,物理模拟实验再现了多层推滑构造系的形成和演化过程;论证了岩石能干性差异和岩系能干性结构对变形产生的影响.在挤压应力背景下,岩石发生逆冲推覆,能干性层在非能干性层上滑脱、变形,形成断坪-断坡逆冲推覆变形构造.由于非...     

虚拟样机技术在地质工程机械领域的应用研究

基于对国内地质工程机械的研发现状的考虑，根据虚拟样机技术的特点，讨论了在地质工程机械领域实施虚拟样机技术的必要件，并提出了建立地质工程机械虚拟样机的策略。联合PRO／E、ANSYS及ADAMS建立了气动潜孔锤的虚拟样机模型，对气动潜孔锤虚拟样机进行了仿真，阐明了虚拟样机技术在地质工程机械领域的应用前景。     

反转构造模型的地震波模拟及成像

为了检验由地震剖面解释得出的反转构造的可靠性,探讨反转构造地区在地震数据采集,处理中应采用的有效方法,设计了一个典型的反转构造模型－突起构造。以该模型为基础,针对复杂构造地震波模拟中常见起源频散严重、人为边界反射吸收不理想两个问题,应用高阶差分法以及一种新的边界吸收条件,对反转模型进行了地震波场数值模拟和深度偏移成像处理。采用中心放炮两边接收的观测方式,共模拟了185炮地震记录。研究表明,波动方程高阶差分法是模拟复杂构造模型中地震波传播的有效方法,除了近于直立的断层因难以接收到其反射波而较难成像外,其余的反转断层及其组合在理论上是可以通过合适方法（如Fourier有限差分深度偏移）较好地成像的。     

岩石圈三维结构与动力学数值模拟

通过基于专项所属各项目的探测数据和成果, 结合课题组已经积累的数据与建模基础, 以及本项目组特定需要进行岩石物性参数测试及相关的流变本构关系研究, 进而开发并集成大规模并行有限元数值模拟平台系统, 进行地球动力学过程的综合定量模拟分析。同时建立高性能并行可视化平台, 据此进行中国大陆深部地幔对流与岩石圈耦合关系的探测数据与数值模拟结果的并行可视化研究分析, 探讨回答中国部分典型构造区域的典型地球动力学过程的关键问题。     

空气潜孔锤钻进技术在乌蒙山地下水探采结合工程中的应用

乌蒙山地下水探采结合工程是将水文地质调查中的水文地质勘探与供水井施工相结合的一项国家重点扶贫项目,该项目50余口探采结合井的施工解决了超过5万人的生活饮用水问题,取得了良好的社会经济效益。空气潜孔锤钻进技术在该项目中发挥了重要作用。文章介绍了空气潜孔锤在水文水井钻探中的技术优势,重点阐述了该项技术的施工工艺、设备选型以及典型复杂情况的处理,并提出了该项技术在水文水井施工方面的下一步研究方向。