基于锚杆抗拔试验的动态折线模型分析

根据抗拔锚杆试验数据,建立了锚固体荷载传递特性随锚固深度变化的动态折线数值计算模型。首先,对锚杆抗拔试验进行了简单介绍,给出了试验的主要参数及数据;在此基础上,对试验中抗拔锚杆不同深度处锚固体荷载传递曲线进行了对比分析和讨论,提出了用以拟合计算的动态折线模型;然后结合锚杆轴力及位移计算能量法计算式对试验数据进行了拟合计算,计算结果与试验数据吻合,显示在拟合计算中动态折线模型使用合理;最后通过讨论明确了动态折线模型的适用条件,说明了其在试验分析及工程设计中的辅助作用。动态折线模型反映了不同深度地层中地应力变化对锚侧阻力的影响,虽然在计算中没有直接引入地应力,但其以试验为基础的参数设置和相对简单的迭代计算,为更精细的计算锚杆承载力提供了参考。     

钻孔曲线的二次函数拟合及其计算机绘图

根据钻孔测斜点的空间座标,用最小二乘法拟合二次函数式来表达钻孔曲线的空间状态。在正常钻进情况下,二次曲线的残差很小。 利用PC—1500袖珍机进行计算,非常简便,特别适用于野外作业。直接利用PC—1500机的XY打印机绘出钻孔曲线。由于引入二次回归方根式,故打出的曲线很均匀光滑。在实际编绘时只需要照描,节省了计算和绘图时间。     

基于Gauss-Chebyshev积分的道路平曲线计算

道路平曲线坐标计算中可能会采用线元法,其中线元类型有直线、圆曲线和缓和曲线。本文采用改进的线元表对平曲线数据进行预处理,讨论了Gauss-Chebyshev积分公式的应用并通过数值计算实验研究了高斯点数量对待定点计算的影响,在此基础上使用Gauss-Chebyshev积分方法和5点改进型GaussChebyshev积分方法解决平曲线计算中的定积分计算问题。为验证Gauss-Chebyshev积分的计算效果,选取某铁路一段平曲线作为计算数据,指定16个临近点作为数值实验对象,实验结果显示反算所得各点里程和偏距与起始给定的数值一致。     

基于非线性破坏准则的边坡稳定性极限分析

上限定理是求解岩土工程问题的有效工具。以上限定理为理论基础,分析边坡的稳定性问题,并考虑了岩土材料破坏准则的非线性特性。在非线性Mohr-Coulomb破坏准则下,采用条分法与极限分析上限法相结合的方法,对边坡稳定性进行分析。通过切线法引入非线性强度参数 、 ,推导了岩土材料在非线性破坏准则下的相关联流动法则,建立功能方程,推导了边坡直线滑裂面、折线滑裂面和光滑曲线滑裂面安全系数F的计算方程。采用数学规划法计算后与工程实际中常用的边坡稳定性分析方法进行对比,并获得安全系数F =1.0时的稳定性系数Ns。与已有的研究成果进行比较分析,结果表明了该方法的正确性及优越性     

群桩基础竖向承载力的可靠性分析

由CPT和静载试验结果综合确定钻孔灌注桩竖向极限承载力,以沿深度方向的一维平稳高斯随机场作为桩基土层土性参数的数学模型,利用相关函数法和变异函数法计算土层的相关范围,进而对相同场地各试桩的承载力进行折算后检验其概率分布,并估计有关统计参数;考虑群桩效应,由桩基沉降反算其作用效应,计算单桩及群桩的可靠度指标。并与未采用随机场模型的计算结果相比较,对竖向荷载下桩基可靠性进行了较系统的研究。     

基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法

针对数字全景钻孔摄像系统获取的实测图像,提出了一种基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法。该方法根据井壁结构面在钻孔图像中呈正弦曲线状的特征,采用正弦函数作为特征函数来匹配识别结构面。通过改变特征函数参数来统计分析结构面及附近像素点灰度梯度的匹配情况,然后筛选出一条匹配最优的正弦曲线作为该结构面的特征曲线,从而实现了钻孔图像结构面的识别。该方法省略了传统方法中人工选取结构面特征点和特征点曲线拟合的过程,其方法稳定可靠、准确率高,为钻孔图像结构面的自动识别与工程应用提供了一种实际可行的有效途径。     

速度倒数法滑坡预警模型流变试验研究

滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题,准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形,这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征,进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验,得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明：荷载和含水率的变化对模型参数没有影响,模型参数是关于材料属性的函数;变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似,并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此,滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。     

基于临界滑动场的岩质边坡临界滑动面搜索方法

在边坡稳定分析中临界滑动面搜索是关键问题。现行搜索算法包括数学规划法和智能搜索算法,均是以圆弧或圆弧加折线为假定滑动面形式在计算土质边坡基础上发展起来的,基本上不适用于岩质边坡计算。临界滑动场理论以余推力法和最优化理论为基础,采用新的结构面处理方法,可计算出与实际情况基本吻合的最大余推力方向场,能方便追踪出各可能出口点的滑动面,从而找出边坡整体临界滑动面。取一均质土质边坡算例对计算结果可信度进行验证,与强度折减法和Spencer极限平衡法所得计算结果相吻合。另取一露天矿边坡对该方法的实用性进行了验证。     

基于线激光扫描的岩石激光钻孔的三维重建和可视化

激光钻进岩石形成的钻孔的孔形较为复杂,具有较小的孔直径和较高的孔壁粗糙度,使得利用传统方法进行钻孔尺寸的测量较为困难。为了精确钻孔测量和方便孔形研究,提出了一种基于线激光扫描及逆向建模的钻孔建模方法。首先,搭建了线激光扫描平台,建立了空间坐标系,以获取钻孔的三维坐标,构建了钻孔的初始点云数据。其次,在MATLAB中对获取的点云数据进行无效点移除及多视角点云配准,其中,无效点移除利用顺序查找法实现,多视角点云配准则基于迭代最近点(ICP)算法,包括初始配准和精确配准两个阶段。最后,基于Delaunay三角网格划分及曲面重建算法,实现了钻孔模型的重建和可视化。此外,还采用滴液法和切割法进行实际钻孔容积值测量及钻孔轮廓线获取,并与由点云重建的钻孔模型上获取的测算结果进行对比分析,以验证所述方法建立的钻孔模型的精度。结果表明:重建的钻孔模型与实际钻孔之间的误差小于4%,重建的模型能够满足激光岩石钻进钻孔的测量要求,证实了所述方法的可行性。与传统测量方法相比,所述方法属于非接触、非破坏性方法,可重复性测量。     

钻孔轴线空间曲线方程的建立及探讨

为了提高钻孔测斜数据的处理精度，提出钻孔的方位角及倾角在相邻测斜点之间是均匀变化的假设。以微积分学为工具，推导出钻孔轴线空间参数方程及其在平、部面上的投影方程；以实例对现行的数据处理方法所得结果和按曲线方程处理所得结果进行比较，认为该种处理方法比较接近实际情况，同时能为自动绘图提供方便。     

应用Excel VBA编制煤田钻孔孔斜批量处理程序

煤田钻孔孔斜的校正计算,是地层界线和煤层坐标确定、勘探线剖面图、储量平面图绘制的重要基础工作,直接影响煤炭储量的计算。传统的孔斜校正工作一般是借助于Excel表格,但是手动输入耗费时力,且容易出错。基于地质工作实践,从孔斜校正的计算法基本理论知识出发,应用内嵌于Excel的VBA语言开发了一个钻孔孔斜批量处理程序,并在《贵州省都匀市江洲镇青山煤矿（预留）资源储量核实及勘探》项目中得到很好的应用。      

煤矿采掘工作面覆岩观测孔施工技术应用——以山西省黄岩汇井田15100采掘工作面为例

以山西省黄岩汇井田15100采掘工作面所施工的两个“三带”观测孔为例,介绍了通过冒落带角、导水裂缝角和导水裂缝带的计算来确定钻孔位置的基本方法。针对覆岩观测孔的施工难点,提出了相应的应对措施,并详细说明了GC-2观测孔施工中出现的各种问题及解决方法。认为钻孔冲洗液法是目前煤矿取得“三带”数据较为精确的方法,根据钻孔冲洗液漏失量的大小及覆岩的开裂情况,对“三带”进行了划分：在钻进中覆岩一般开裂,冲洗液漏失量小于1L/（s·m）为弯曲带;钻进中覆岩严重开裂,冲洗液漏失量大于1.0L/（s·m）为导水裂缝带;钻进中覆岩出现掉钻,冲洗液漏失量大于1.0L/（s·m）为冒落带。     

煤层气井注水泥顶替效率研究

煤层低压、易塌、易漏造成煤层段井眼不规则,扩径严重,使注水泥过程顶替效率降低,影响水泥浆的封固效果。运用CFD数值模拟方法,结合鹤岗煤层气井测井数据,模拟了煤层段不同扩径长度、扩径率、井斜角、套管居中度、水泥浆流变参数及顶替流态下的体积顶替效率及截面顶替效率值;分析了各因素对顶替效率的影响规律。结果表明,扩径段长度增加,顶替效率提高;扩径率、井斜角及偏心度增加,顶替效率降低;宾汉流体及幂率流体均存在顶替效率最高的流变参数值,顶替流态建议采用塞流顶替。研究成果为煤层气井安全优质固井提供了技术指导。      

岩石圆孔结构破坏过程变形场演化的实验研究

采用自行设计的岩石材料破坏过程变形场监测系统(Geo-DSCM系统),观测了受单轴压缩的岩石圆孔结构破坏过程中的变形场演化。圆孔结构由大理岩方板在中心钻孔加工而成,以0.02 mm/min的位移加载速度进行单轴压缩至破坏。实验结果表明,载荷水平较低时圆孔结构的拉应力集中部位发生变形集中现象;当载荷水平接近加载曲线的峰值点时,变形集中在两条共轭的与加载方向成一定角度的局部化带上;之后,变形的集中迁移到其中一条带上集中,结构最终在此带上形成宏观裂纹而破坏。     

饱和黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性力学机制研究

将饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性问题视为半无限体内柱形孔的卸荷收缩问题。基于SMP准则改进的修正剑桥模型,采用应力空间变换方法推导了柱孔卸荷收缩问题的弹塑性解答,得出了孔壁临塑支护荷载和孔壁颈缩的解析表达式。在此基础上,提出了维持孔壁稳定所需最小泥浆重度和孔壁稳定安全系数的计算方法,并对影响钻孔稳定性的因素进行了研究。研究结果表明,饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁卸荷屈服后,孔壁周围土体处于弹塑性状态,钻孔颈缩量大,孔壁稳定安全系数较小;在泥浆支护条件下,饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性取决于土体重度、超固结比、土体内摩擦角及泥浆重度等因素,而与钻孔深度和孔径无关;土体超固结比和内摩擦角越大,维持钻孔稳定所需的临界支护压力和最小泥浆重度越小。在实际工程中,应在保证最小泥浆重度的条件下结合工程具体情况合理选取泥浆比例。     

湖南龙山矿区钻孔偏斜规律分析及控制

龙山金锑矿是位于湖南湘中地区龙山穹窿核心部位最具代表性的金锑矿床之一。由于劈理发育,在以往施工的所有钻孔都存在严重的偏斜现象。在查阅以往钻孔施工资料及相关参考文献的基础上,对造成钻孔偏斜原因及规律进行了统计分析,发现龙山矿区钻孔偏斜距离与钻孔设计孔深、岩层劈理、施工工艺等因素有关。提出了可以采用移动孔位法、改变倾角法、扭转安装法和采用合理的施工工艺等预防措施,减少了钻孔偏斜强度,提高了施工效率,保证了钻孔质量。     

梧桐庄矿新增大口径3号排水孔施工技术

介绍了梧桐庄矿大口径排水孔钻探成井、固井施工技术。该孔设计孔深646 m,终孔直径520 mm,落点坐标水平位移≯5 m,下入重达90余吨的Φ426 mm套管646 m,水泥固井。由于钻孔直径大,垂直度要求高,施工难度大,预防钻孔超斜、确保顺利安全下入Φ426 mm套管并固井是关键。通过采用小口径先导孔钻进再扩孔成井的施工方法,并采取合理的钻具组合和泥浆,制定有效的防斜技术和下套管措施等,顺利完成了施工任务,施工质量满足设计要求。     

深井钻进时井底参数自动遥控系统用传感器的设计研究

我国正在计划打一口13000 m的特深地质井,以超过目前世界上最深的俄罗斯12262m科拉超深井,意义重大。深井、特别是超深井钻进中,除了钻井设备、钻具(含钻头)之外,钻井工艺和操作技术也非常重要。钻井工艺和操作技术目前主要是利用地面仪表显示的井底参数数据来进行指导的。但是这些数据与井底钻井参数的实际情况可能有较大差异,直接影响技术经济指标的提高。俄罗斯阿斯特拉罕国立技术大学В.Н.Есауленко教授等人,设计出了井底参数自动测量控制系统,其中传感器是必不可少的关键器具。现以方位角传感器设计计算为例对其进行讨论和分析,或许对我国打此特深地质井有一定的参考价值。     

小口径涡轮钻具减速器非对称齿轮弯曲强度分析

小口径涡轮钻具减速器是小井眼深井钻探钻具的重要部件,具有体积小、承载大的特点。采用非对称齿轮代替传统齿轮是提高减速器承载能力的有效手段。非对称齿轮两侧的齿根圆角半径和压力角是区别于对称齿轮的关键参数,通过改变齿轮的齿形结构进而影响了齿轮的齿根弯曲强度。为了进一步研究齿根圆角半径和工作侧压力角对齿根弯曲应力的影响规律,以φ127 mm涡轮钻具减速器中太阳轮为研究对象,建立非对称齿轮的受力模型,基于平截面法得到非对称齿轮齿根弯曲应力的理论计算公式,并通过有限元法对对称齿轮和非对称齿轮进行对比分析,仿真结果表明：增大齿根圆角半径能增大齿轮齿根过渡曲线的曲率半径,从而改善齿根处的应力集中;工作侧压力角的增大能有效降低齿根弯曲应力,但压力角超过一定值时,齿根弯曲应力逐渐趋于稳定。理论分析和仿真结果基本吻合,研究结果可以为优化减速器非对称齿轮的主要参数提供依据和参考。