接触摩擦问题的数值模拟

无网格伽辽金法(EFGM)可脱离单元的概念,特别适合岩体裂纹面的接触摩擦分析。基于EFGM,在裂纹面引入罚参数,通过迭代计算,得到裂纹面真实的应力状态,从而模拟闭合裂纹的粘接、滑移和张开行为,数值结果表明该方法是合理可行的。     

围压与冲击扰动作用下组合煤岩超低摩擦效应分析

深部煤岩在垂直扰动作用下发生振动,当水平冲击足以克服块体间摩擦阻力时,极易发生超低摩擦型冲击地压。文章以细砂岩-煤-细砂岩组合块体为研究对象,考虑顶板-煤-底板临近工作面开采工况,采用数值模拟方法,建立围压与冲击扰动下组合煤岩数值模型,以煤块水平位移、垂直加速度差值作为超低摩擦效应特征参数,分析围压、垂直冲击及水平冲击对特征参数的影响规律。研究结果表明:在垂直冲击与围压共同作用下,煤岩体残余位移及水平位移峰值随围压增大且呈指数增长趋势;在垂直冲击、水平冲击和围压三者共同作用下,煤岩体超低摩擦效应强度与作用时间都随着围压呈增加趋势;垂直冲击对组合煤岩超低摩擦效应的影响最为显著。      

模拟摩擦接触问题的新型无网格数值方法

针对摩擦接触问题,给出一种新型的无网格数值方法。该方法基于单位分解思想,在标准无网格Galerkin法的位移模式中嵌入不连续函数和裂尖奇异函数,分别反映接触面的不连续性和接触面端点的奇异性;结合接触摩擦定律,继而构造出求解摩擦接触问题的无网格线性互补模型。在该方法中,接触面方程使用接触点对离散,全局离散系统方程则转化为标准的线性互补问题,可以很方便地使用Lemke算法求解。算例分析证明,本文方法的正确性和有效性。     

纳米氧化物颗粒对水基钻井液润滑性能影响的试验研究

通过在水基钻井液中添加纳米氧化物颗粒,来改善其润滑性能。选用了Al2O3、TiO2及SiO2三种纳米氧化物颗粒作为钻井液改性添加剂,利用极压润滑仪及销盘摩擦磨损实验仪研究了添加不同种类和浓度纳米颗粒氧化物对水基钻井液的润滑性能及减摩效果的影响。结果表明,所添加的3种球形纳米颗粒均有润滑减阻减摩的效果,其中SiO2颗粒的钻井液的润滑性能、滤失性能以及减摩效果都是最好的。当纳米SiO2颗粒加量为0.4%时,滤失量最小,润滑系数降低率达到15.6%,摩擦系数降低率为32.0%,磨痕轨迹平滑,减摩效果最为明显。当纳米颗粒浓度超过0.5%时,减摩效果降低,磨盘脱层磨损明显。     

断层面摩擦强度对工作面开采影响数值模拟分析

断层面摩擦强度是评价煤炭开采中应力扰动诱发断层滑动危险性的依据。依托晋城矿区成庄井田,采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了断层面摩擦强度对深部地应力的约束机制,研究了成庄井田F13断层及其在不同摩擦强度条件下对回采工作面顶板稳定性、超前支承压力分布和断层滑动的影响规律。研究结果表明：地壳深部最大与最小主应力比值受断层面摩擦强度的限制,当其达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;断层破碎带的存在导致初始应力场扰动,形成断层带低应力区及高应力集中区,在回采过程中将直接影响煤层顶板移动变形和采动应力分布;断层面摩擦强度较小时,工作面开采至断层附近顶板下沉量及断层上下盘错动位移较大,支承压力峰值由大变小明显,断层面上剪应力与正应力的比值易达到断层面的摩擦系数,断层滑动的危险性较大。     

注水煤体应力能 V-f 转化与释放机理研究

文章分析了在煤层注水湿润后煤体弹性能的转化与消耗过程，给出在湿润状态下能量由体变弹性能向形变弹性能转化进而自耗释放的理论模型。指出在坚硬干燥煤体中，注水后在水压力和毛细力的切割作用下，裂隙大量扩展，丰富了自由裂隙，产生更多的裂隙启发(裂隙切口)，使原来近似的刚性煤体变成由裂隙分割的块体组成的组合体或半组合体。裂隙中水的粘滞作用及水分子吸附力使块体问粘性结合、刚度降低、形变增大。煤体形变弹性能自身消耗释放的形式有3种：产生剪应力导致自由裂隙问错动摩擦；强度降低，使裂隙启发被劈裂成自由裂隙；湿润煤体蠕变性增强，产生整体性移动作功。初步给出能量消耗的量化表达式。通过这一理论，能建立煤层注水湿润度与冲击地压灾害发生的更直接的关系，使进一步量化该关系成为可能。从更深层次解释煤层注水防治冲击地压的机理。     

桥基岸坡变形破坏机制物理模拟研究

结合某大桥桥基岸坡地质条件,采用相似原理为基础的底摩擦试验方法,定性模拟分析了在天然状态和加载条件下岸坡岩体的变形破坏过程和模式。试验结果表明：在天然状态下,左右岸岸坡岩体处于稳定状态;在加载条件下,左岸岸坡岩体稳定,右岸发育的错落体失稳,而导致整个岸坡不稳定,建议对其进行预加固或改变桥墩位置     

对中国大陆壳体的放射性生热元素丰度的大地热流检验

本文作者据《中国大陆壳体的区域元素丰度》一文给出的壳体放射性生热元素铀、钍、钾的丰度，计算出中国大陆三个主要壳体的平均热流值，将其与实测大地热流平均值进行对比。结果表明计算值不满足实测大地热流值的约束，这意味着该文给出的铀、钍、钾的丰度值偏高。我们认为，根据区域地震剖面地震波速推断岩性，再利用出露地表的相应岩石的成分估计地壳或地幔放射性生热元素丰度的方法，缺乏十分可靠的理论或实验基础。同时该文给出的中国大陆壳体的其他强不相容元素的丰度值是否可靠也值得商榷。     

构造摩擦热的初步研究

构造摩擦热是地质学中的重要基础理论问题。构造摩擦热可使岩石软化,加速岩石的形变作用,还可导致岩石的变质甚至熔融作用,发生同步的地球化学作用。许多内生矿床的形成,都与构造摩擦热有关。本文通过对构造摩擦热的数学计算和分析,认为构造摩擦热的大小与摩擦面两盘岩石的滑动速度和正压应力相关,且滑动速度是决定因素。摩擦力的大小和破裂面与σ１的夹角θ及外力大小有关。在同一应力场中,摩擦热随着θ角而变化。当σ１＝５０ＭＰａ,μ＝１情况下,当θ≈３０°时,单位体积大约可产生１～２℃的升温效应。     

钻孔摩擦灌注桩岩土设计参数取值商榷

桩周岩土极限摩阻力及其桩尖处岩土的容许承载力是公路工程钻(挖)孔摩擦灌注桩单桩竖向承载力计算的重要岩土工程设计参数,其取值是否适当事关工程安危和工程费用的经济合理.对此,工程勘察设计人员不仅应遵照<公路桥涵地基与基础设计规范>有关规定外,还应考虑场地地基岩土的地质时代、场地工程地质条件、岩土工程性质及有关因素合理取值,不可机械地依规范查表确定,这是岩土工程师应具有的最基本技能.