煤矿井工开采对冻土环境的影响分析

在多年冻土区进行煤矿井工开采,冻土稳定性是影响煤矿开采的制约性因素。采用数值模拟方法分析煤矿井工开采对冻土环境的影响。研究结果表明,最大融深随时间呈增大趋势;沿井壁深度,最大融深逐年增加,在多年冻土与季节冻土的交界附近,最大融深增加较快。由于开采巷道横截面较小,在有效的冻土保护措施下,井壁周围多年冻土温度升高幅度不会太大,因而井工开采会对井壁周围多年冻土造成一定影响,但不会造成大面积冻土的融化变形。     

煤层底板承压水导升带影响因素正交模拟试验

承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC^3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明：煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。     

矿井反射槽波包络叠加成像方法及其应用

槽波在遇到断层等不连续断面时,会产生反射并被与炮点位于同一条巷道内的检波器接收到,据此可以探测巷道侧帮地质异常发育情况。通常情况下反射槽波能量较弱,信噪比较低。为提升反射槽波信噪比,以山西阳泉煤业集团某矿201工作面为例,将包络叠加方法应用于反射槽波探测,并通过断层模型三维槽波数值模拟以及实际探测资料的验证,证实了包络叠加成像方法的有效性。     

基于L-M神经网络的陡崖层状危岩失稳模式预测

明确危岩变形失稳模式是预防和治理研究的前提,但如今的传统预测方法存在成本高昂、实用性不强等缺点,尤其是在强烈地震诱发下。本文采用基于Levenberg-Marquardt法的神经网络结构,并借助三维离散元数值模拟手段,综合考虑了陡崖层状危岩的节理倾角、危岩边长、危岩高宽比、危岩堆积层数等影响变形失稳模式因素,以危岩变形失稳模式为研究对象,影响因素为切入点,建立了陡崖层状危岩变形失稳模式预测的神经网络模型。并基于由数值模拟计算得到的危岩变形失稳模式样本训练所建立的神经网络,最后分析了该预测模型的准确性。结果表明：该模型具有较好的学习和泛化能力,预测精度达到86.7%,验证了基于Levenberg-Marquardt法的神经网络预测危岩变形失稳模式的方法是有效且实际可行的。     

北京浅山区不均匀建筑地基问题研究

北京浅山区面积较大,地质条件复杂,在工程建设中会经常遇到不均匀地基问题。不同于平原区建筑地基,山区建筑不均匀地基常常涉及基础的稳定性,对地质勘察、岩土设计或施工要求较高,作为一种不良地基现象及问题,若对其认识不清或处理方案设计不合理,常会导致建筑地基基础的变形过大,甚至产生失稳,工程危害性较大。北京浅山区不均匀地基类型较多,在地基处理时须针对场地稳定性、地基承载力及地基处理方案,并结合场地环境地质条件采取适宜的处理措施,以减缓或避免不均匀地基对工程建设的不利影响。本文试对北京浅山区不均匀地基类型、问题进行归纳总结,从勘察、设计、施工及监督等多个方面入手,提出针对性的应对措施,希望能为北京山区工程建设安全提供一些参考和帮助。     

不同初始场条件对新疆区域数值模式预报性能的影响

初始场条件直接影响到区域模式的预报性能。基于GRAPES_GFS和NCEP_GFS两种初始场,详细比较了两者之间的差异,随后分别利用两种初始场驱动新疆区域数值模式（RMAPS-CA V1.0）,对2021年4月整月的数值预报结果以及2021年4月21日一次暴雨过程模拟结果进行了MET（Model Evaluation Tools）对比检验。结果表明：（1）两种资料位势高度扰动场、温度扰动场、湿度扰动场存在明显差异,其相关系数分别为0.26~0.60、0.05~0.24和0.01~0.12,导致次天气尺度上存在着较大差异,并由此造成了模拟结果之间的差异,反映了区域模式对初始场和边界条件的敏感性;（2）从高空位势高度、风速、温度的预报结果看,NCEP_GFS初始场在新疆区域模式中高空要素的预报效果均要优于GRAPES_GFS初始场,均方根误差分别降低35.5~37.2%、7.6~12.6%和6.0~17.2%。从地面常规预报量的检验看,GRAPE_GFS初始场对2 m温度和10 m风速的预报效果则要优于NCEP_GFS初始场,均方根误差分别降低14.3%和6.8%;（3）从降水检验评分看,两种初始场的降水预报整体为漏报现象,NCEP_GFS初始场针对各降水阈值及不同时效的预报降水评分要高于GRAPES_GFS,0.1 mm/6h、6.1 mm/6h和12.1 mm/6h的TS评分分别提高22.5%、16.1%和150.8%;（4）从一次暴雨过程预报的检验结果看,GRAPES_GFS对于24小时为小量级降水预报效果优于NCEP_GFS,准确率分别为61.4%和40.0%;而NCEP_GFS对于大量级的降水预报则要优于GRAPES_GFS,准确率分别为66.7%和33.3%。两种初始场对降水个例检验偏差以空报现象为主,NCEP_GFS的TS评分整体高于GRAPES_GFS。     

基于CMA-MESO冰粒子含量的雨雪相态判据应用

利用中国气象局中尺度模式(CMA-MESO)云降水物理直接输出的水凝物混合比, 确定基于冰相水凝物占比的雨雪相态判据, 并应用于2023年1月14—15日我国大范围降水过程的雨雪相态判别。结果表明:该判据明显改善了基于温度和高度场的厚度判据对我国东部地区雨夹雪范围判别偏大、对分散性雨夹雪漏报的问题, 6~18 h时效雨夹雪预报TS评分较厚度判据提升75%~100%, 24 h时效降雪预报TS评分较厚度判据提升67%;对全国雨雪范围判别合理, 对小范围雨夹雪具有指示作用;对全国3~36 h时效降雨、降雪和雨夹雪预报TS评分为0.76~0.62, 0.69~0.63和0.11~0.08;对降雨和降雪存在一定空报和漏报, 对24 h时效雨夹雪空报明显;对相态转换过程有较好指示效果, 判别代表站相态转换开始时间误差为1~2 h, 对我国东部地区代表站的相态转换和雨夹雪持续时间判别优于厚度判据, 基于厚度判据雨夹雪预报持续时间偏长。研究结果可为雨雪相态业务预报提供客观预报产品参考。     

煤层气井井身结构的地质适应性与优化方法——以黔西地区为例

结合黔西地区煤层群赋存的地质特点和钻井难点,从工程实际和储层保护出发,分析了现有煤层气参数井、预探井井身结构的地质适应性,划分出4种地层(含煤体)结构条件;提出了不同条件下设计与施工优化的4类8种配套井身结构变化形式,并对其优缺点和适用范围进行了分析评价,以期为复杂地质条件下煤层气探井的井身结构设计提供新的思路。     

泥石流巨石冲击下的钢构格栅坝动力响应分析

泥石流中的巨石冲击是造成拦挡结构破坏的最直接因素,因此设置钢构格栅坝拦截大石块,对减小泥石流冲击破坏有十分重要的作用。本文就钢构格栅坝结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA进行数值模拟。用钢球模拟巨石,分别在格栅坝中间榀顶层梁柱节点和中间榀顶层柱中部施加冲击荷载,分析在冲击荷载作用下结构的动力响应。结果表明：作用在结构上的冲击力大小与被冲击构件刚度大小密切相关,被冲击构件刚度越大,结构受到的冲击力越大,反之,冲击力越小;钢构格栅坝在冲击作用下,冲击作用部位、结构支座部位及梁柱节点部位响应较大,设计时应予以加强;且钢构格栅坝不同位置遭受冲击作用时结构响应完全不同,与冲击力作用在梁柱节点时相比较,冲击力作用在构件中部时结构整体响应明显较小。该结果为泥石流拦挡工程中钢构格栅坝的设计提供了参考。     

基于紧凑存储的任意四边形网格有限元法地震波场数值模拟

采用有限元法精确模拟复杂介质条件下的地震波场,一般采用三角单元,但在节点数相同的情况下,三角单元的计算精度不如矩形单元高,采用三角单元模拟复杂界面时,编制确定结构刚度矩阵非零元素位置的程序也较为麻烦。采用矩形单元离散含有倾斜或起伏界面的地质模型时,无法避免绕射噪声,若加密网格又会增加计算量。为此,本文基于任意四边形单元模拟声波的传播,在倾斜或起伏界面条件下,可以有效避免因离散引起的“阶梯状”界面,在不增加计算量以及内存占用的前提下,有效地消除离散绕射噪声。采用对角的集中质量矩阵代替一致质量矩阵,避免矩阵的求逆运算,从而提高显式有限元法的计算效率;对结构刚度矩阵采用紧凑存储格式,每一行需要存储的元素最多为5个,同时零元素不参与运算,既减少内存的占用,又极大地提高计算效率。