被动式单级弹簧隔振系统模型分析

基于弹簧的被动式隔振系统通过等效换算可以简化为悬挂式弹簧振子模型,根据动力学方程求得传递函数,建立数学模型。通过给所建立模型输入典型信号——阶跃信号、脉冲信号、正弦信号,进行系统仿真,在系统固有频率两端频段均有隔振效果,随着系统固有频率的降低,系统在高频段的隔振性能有所提高,但是对低频段干扰信号有放大作用。     

埋地管线-土横向动力相互作用等效弹簧系数解析解

基于一维柱面弹性波动理论,推导了埋地管线-土横向动力相互作用等效弹簧系数解析表达式,并对该表达式的影响因素,诸如频率(ω)、管线埋深(d)、管线半径(b)、场地波速(VP)、泊松比(μ)的影响程度进行了分析。分析结果表明,无量纲频率bω/VP取较小值时(<0.1),弹簧系数取值随着管线埋深与管线半径之比γ的增加而增大,但总是限制在2.0G～4.0G(G为土体剪切模量)之间,且泊松比对其影响很小,对于工程实际情况,弹簧系数可在该范围内取值。     

大吉区块深部(层)煤层气储层地应力测井预测研究

深部(层)煤层气勘探开发过程中,精准预测地应力对于安全高效钻完井具有重要意义。曾被认为是勘探开发禁区的深部(层)煤层气,近几年相继获得高产而备受关注,但与之相适应的地应力预测模型尚未进行过有益探讨。据此,本文翔实梳理和系统分析了常规油气储层和煤层气等非常规天然气储层中常用的6种地应力预测模型,基于常用的预测模型开展了地应力计算,通过闭合压力对比分析,得知组合弹簧模型和Newberry模型精度相对较高。为提升地应力预测模型的精度,采用煤岩的有效应力系数对两种模型进行优化。优化后的地应力模型预测精度较优化前误差降低了4%,其精度基本能满足大吉区块深部(层)煤层气勘探开发对地应力预测精度的要求。     

考虑永久位移的锚索框架减震锚头弹簧组件合理刚度研究

强震作用下预应力框架锚索可能出现内锚段松脱、锚索拉断等震害,在锚头处设置弹簧是一种新型抗震措施,而弹簧刚度的合理选取对改善锚索受力至关重要。建立在锚头处设置弹簧预应力锚索框架的加固基岩-覆盖层边坡三维数值模型,研究边坡在不同峰值加速度、不同持时地震波作用下响应规律,调整锚索-弹簧串联体系等效刚度大小,分析坡体永久位移和锚索轴力减载比随弹簧刚度的非线性变化特征;以控制边坡位移及锚索减载效果为目标,提出弹簧组件的合理刚度确定方法。研究表明:随弹簧刚度降低,缓冲减震作用逐渐显著;坡顶水平加速度受刚度变化影响较小,但当弹簧刚度低于临界值后边坡位移及弹簧变形量急剧增加;以边坡永久位移实际调查经验限值为首要控制条件,结合位移、弹簧峰值行程随刚度变化拟合“直-曲分界点”曲线,以共同确定弹簧刚度下限;同理,依据减载比拟合曲线轴力削减明显区段得出刚度上限,以保证一定工程经济性。针对算例模型取永久位移10 cm、拟合曲线曲率k小于0.002k_max作为直曲分界判断依据,得0.4g~0.6g强震下弹簧刚度区间为 (2.5,3.8) kN/mm,研究方法可为边坡预应力锚固工程抗震设计提供参考。     

基于速率-状态摩擦定律研究剪切应力扰动对地震断层演化的影响

本文从Nagata提出的与应力变化率有关的速率-状态摩擦定律出发, 结合1D弹簧-滑块模型, 采用Runge-Kutta算法, 对静态应力扰动和周期性应力扰动下的断层演化过程进行了数值模拟, 探讨了应力扰动对断层演化进程和断层失稳机制的影响.研究结果显示, 与无扰动情形相比, 正向静态扰动使断层失稳时刻提早, 且时间提前量与扰动量的指数成正比; 负向静态扰动使断层失稳时刻推后, 且时间推迟量正比于扰动量.在周期性扰动下, 断层失稳的发生总早于无扰动情形, 且扰动幅值越大, 失稳提前量越大; 但是, 扰动频率对失稳时刻没有明显的影响.这也进一步表明, 地震应力波总是会导致断层失稳提前发生.同时, 对于相同的扰动量, 正向静态扰动下的失稳时间提前量比周期性扰动情形更大.周期演化过程的数值模拟结果表明, 当远场加载速率给定且为常量时, 若无应力扰动, 则断层演化过程具有确定的周期性; 但在周期性应力扰动下, 断层失稳时间间隔出现明显的非周期性, 断层在时间域上的演化变得更为复杂.

     

摩擦生热对断层演化过程的影响:Ruina-和Chester-Higgs-模型的对比分析

利用速率-状态摩擦定律（Rate-and State-Dependent Friction Law：简称RSF定律）,结合McKenzie-Brune摩擦生热模型,本文分别从Ruina提出的RSF定律和Chester-Higgs提出的RSF定律出发,通过一维弹簧-滑块模型,采用四阶变步长的Dormand-Prince算法,对断层演化过程进行了数值模拟,探讨了摩擦生热对断层演化进程的影响.模拟结果显示,与Ruina-模型相比,Chester-Higgs-模型在断层高速滑动时存有更大的摩擦强度,表明摩擦生热对断层具有一定的强化作用,且同临界滑移距离的取值相关.而且,Chester-Higgs-模型在失稳时的断层面温度远远低于Ruina-模型,表明摩擦生热在断层演化过程中能抑制断层面温度的剧烈升高,且正应力和临界滑移距离越大,两种模型的温差越为明显,而断层的刚度和尺度则对温度的影响很小.模拟两种模型周期演化过程的结果表明,在相同的初始条件下,Chester-Higgs-模型给出的断层失稳周期明显比Ruina-模型更短,说明摩擦生热对断层自身演化最显著的影响是较大地缩短了地震重复发生周期.当断层进入周期性演化后,Chester-Higgs-模型给出的摩擦强度大于Ruina-模型,且对第一次非周期性失稳的摩擦强度和剩余应力的继承性更好.另外,由Chester-Higgs-模型给出的静态应力降远小于Ruina-模型给出的结果,所对应的单个事件的滑移量也小于Ruina-模型.

     

龙马溪组页岩数字岩心LSM-RVM数值建模方法研究及TOC含量影响分析

页岩气储层中含有大量有机碳（TOC）,其丰度与成熟度对页岩力学特性有重要影响.建立包含TOC的精细数值模型,将有助于探索页岩微结构与矿物组分含量对等效弹性模量的作用程度,是"甜点区"预测的重要理论基础.本文提出了一种离散数值建模方法,基于高精度成像技术,采用晶格弹簧-随机孔隙耦合模型（LSM-RVM）模拟包含多种矿物组分及不同成熟度干酪根的数字岩心,分析TOC成熟度及含量对弹性参数的影响.在该模型中,参数设置（数值阻尼与加载应变速率）至关重要,选取不当会对计算精度造成一定影响.研究结果表明,LSM-RVM能够生成符合TOC及多种矿物实际分布特征的数值模型,是一种精细数值建模方法.     

基于大数据分析的城市地下管线地震安全性分析

针对传统城市地下管线地震安全性分析方法放大拟合性能较差的问题,提出一种基于大数据分析的城市地下管线地震安全性分析方法 ,通过有限元分析软件:ANSYS对城市地下管线实施有限元建模,其中地下管线直管部分采用可以改变方向的管道,在改变方向处,通过弯管对直管进行连接,利用构建的城市地下管线有限元模型对城市地下管线进行地震位移响应分析,根据地震位移响应分析结果 ,构建地震下的土-管互相作用模型,基于大数据分析对城市地下管线进行地震安全性分析。为了验证基于大数据分析的城市地下管线地震安全性分析方法的放大拟合性能较强,将传统城市地下管线地震安全性分析方法与该方法进行对比,实验结果证明该方法的放大拟合性能优于传统方法 ,说明该方法更适用于城市地下管线地震安全性分析。     

水平加速度对重力仪弹簧的影响及其克服

在采用垂直悬挂弹性系统的海洋重力仪中,由于弹簧本身的质量不可忽略,受到水平扰动时就可能影响测量精度。L. J. B. LaCoste和J. C. Harrison曾分析过这种影响,本文建立的物理模型更接近于实际情况,文中还建立了数学模型,分析了各种参数（质量、弹簧初始长度、拉丝长度等）的影响。最后得出了与文[1]和[2]不尽相同的结论:只要适当控制弹簧初始长度就能消除水平扰动影响。     

论架空结构的震动

本文所謂架空結構是指搁置在較高的支墩上的連續梁結構,例如高架橋梁或水電站的架空輸水管道等。這類結構在承受震動荷載（例如地震）時,常會引起較大的變形和应力。如支墩較粗矮,則在計算較低的頻率時,其作用可近似的以一彈簧支座代替之,而忽略支墩本身的結構震動影響。這是一個常用的假定,可以使計算工作充分簡化。本文首先對這一情况作了詳盡討論,給出较完整的解答,包括起始條件影響在内,並提出用“載常數”及“形常數”的觀念來進行計算。然后本文給出考虑支墩的震動影響時的精確解答,分別就縱横方向的震動進行討論,並指出近似計算公式和精確公式间的關係,近似公式只能在支墩較剛固和計算较低階的頻率時才適用。文中列出了結構作横向諧和震動時的特別解答,可見其計算工作量將比近似法增加不少。