煤层底板破坏流固耦合数值模拟

根据煤层底板含水层具有不均一性的特点,建立了底板含水层非均布水压力学模型和流固耦合模型,并根据"下三带"理论和弹塑性理论求得了底板保护带突水极限压力的弹性解和塑性解。利用FLAC3D软件对工作面采动底板进行了流固耦合数值模拟,并对煤层采动底板的应力破坏特征以及渗流特征进行了研究。综合采用理论计算和数值模拟的方法对煤层底板进行了突水预测。研究表明:非均布水压模型更符合工程实际,数值模拟方法可以快捷、准确的对煤层底板突水进行预测,对水害防治具有重要意义。      

Dynamic performance analysis of a seismically isolated bridge under braking force

In order to study the dynamic performance of seismically isolated bridges under the most unfavorable loads in the longitudinal direction,a dynamic equation for vehicle braking in the longitudinal direction is established.A four or fiveorder Runge-Kutta method is adopted to obtain the time-history response of a wheel set under braking force.The quadratic discretization method is then used to transform this time-history into a braking and bending force time-history of a structural fixed node,and a dynamic response analysis of the seismically isolated bridge under the vehicle’s braking force is carried out using ANSYS,a universal finite element analysis software.According to the results,seismic isolation design results in a more rational distribution of braking force among piers;the influence of the initial braking velocity on the vehicle braking force is negligible;the location where the first wheel set leaves the bridge is the most unfavorable parking location;a seismic isolation bridge bearing constructed according to typical design methods enters into a yield stage under the braking force, while the shearing force at the bottom of the pier declines as the isolation period is extended;the design requirements can be met when the yield displacement of the seismic isolation bearing is less than 5 mm and the yield strength is greater than the braking force.     

An elastic-plastic analysis of short-leg shear wall structures during earthquakes

Short-leg shear wall structures are a new form of building structure that combine the merits of both frame and shear wall structures. Its architectural features, structure bearing and engineering cost are reasonable. To analyze the elastic-plastic response of a short-leg shear wall structure during an earthquake, this study modified the multiple-vertical-rod element model of the shear wall, considered the shear lag effect and proposed a multiple-vertical-rod element coupling beam model with a new local stiffness domain. Based on the principle of minimum potential energy and the variational principle, the stiffness matrixes of a short-leg shear wall and a coupling beam are derived in this study. Furthermore, the bending shear correlation for the analysis of different parameters to describe the structure, such as the beam height to span ratio, short-leg shear wall height to thickness ratio, and steel ratio are introduced. The results show that the height to span ratio directly affects the structural integrity; and the short-leg shear wall height to thickness ratio should be limited to a range of approximately 6.0 to 7.0. The design of short-leg shear walls should be in accordance with the "strong wall and weak beam" principle.     

Studies of TLP dynamic response under wind, waves and current

Investigated is the coupled response of a tension leg platform (TLP) for random waves. Inferred are the mass matrix, coupling stiffness matrix, damping matrix in the vibration differential equation and external load of TLP in moving coordinating system. Infinitesimal method is applied to divide columns and pontoons into small parts. Time domain motion equation is solved by Runge-Kutta integration scheme. Jonswap spectrum is simulated in the random wave, current is simulated by linear interpolation, and NPD spectrum is applied as wind spectrum. The Monte Carlo method is used to simulate random waves and fluctuated wind. Coupling dynamic response, change of tendon tension and riser tension in different sea conditions are analyzed by power spectral density (PSD). The influence of approach angle on dynamic response of TLP and tendon tension is compared.     

1980-2010 年和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应

在气候变暖、西部大开发及2009 年以来实施的19 省市对口援疆建设背景下,和田绿洲面临着全方位经济发展所引发的水土资源需求的巨大挑战。为此,基于研究区3 期18 景TM/ETM+遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了和田绿洲1980-2010 年土地利用变化及其环境效应。研究表明:① 1980-2010 年,和田绿洲土地利用时空变化显著。耕地、城乡工矿居民地面积分别增加了32.32%、142.23%,灌丛与荒漠草地面积分别减少了23.12%、18.82%。新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒。绿洲耕地向西北方向逆盛行风向扩张,其质心年平均偏移16.5 m。② 中游绿洲区与下游荒漠区的绿洲面积、土地利用程度综合指数、信息熵与均衡度等分别呈现上升与下降相反趋势。这种以耗水量为纽带的空间耦合源于中游耕地扩张导致的下游径流量逐年减少而造成的下游土地退化。③ 耕地扩张提高土地利用综合水平的同时,林地与草地遭受破坏,土地利用结构信息熵上升,过渡带植被受损严重,系统不稳定性增强,威胁到和田绿洲稳定,进而危及塔里木河下游生态安全。故建议进一步调整农业内部产业结构,缩减高耗水量作物种植面积,严禁以各种名义的开荒;制定塔里木河流域地表水分配法案,立法保障关于地表水分配、增加生态用水等规定严格实施,同时严禁地下水过量开采。     

环渤海地区农村空心化程度与耕地利用集约度的时空变化及其耦合关系

利用环渤海地区分县社会经济数据和土地利用数据, 采用神经网络确定权重的方法, 对该区分县农村空心化程度和耕地利用集约度进行综合测评, 并以山东省为例, 进行两者耦合规律探索。结果表明:① 环渤海地区农村空心化区域差异明显。高度空心化且进入稳定期的地区主要集中在“C”型沿海地区;平原传统农区, 农村空心化正处空心化的成长、兴盛期;农村空心化低值区主要集中落后山区。② 耕地利用集约度时空差异明显。辽中平原粮食主产区、冀中南粮食主产区、鲁西鲁南粮食主产区集约度较高;低集约度主要集中在太行山区、长白山区、沂蒙山区、坝上高原等落后地区。③ 农村空心化与耕地利用集约度变化存在着耦合联动关系。空心化出现、成长期, 农村劳动力向城镇转移, 农村地区隐性失业问题得以解决, 耕地利用集约度不断提升;农村空心化发展至兴盛期, 农村地域发展面临主体弱化, 耕地利用集约度有所下降;至空心化稳定期, 健全的土地流转机制和农业现代化的持续推进, 耕地利用集约度将反弹上升, 最终趋于波动稳定。     

中国荔波锥状喀斯特世界自然遗产价值全球对比分析

研究世界自然遗产地价值,对遗产地本身以及其他类似区域的可持续发展有重要意义。基于系统论思想,将"中国南方喀斯特"第一批三处遗产地中的荔波锥状喀斯特置于全球视角,选取相似的、具有代表性的区域,结合世界遗产第八条有关地质地貌特征与演化历史等方面的评价标准,进行全球对比分析,揭示其全球显著价值。研究表明:荔波锥状喀斯特具有更为独特的演化环境与更为复杂的地质演化过程;更有典型的锥状喀斯特单体形态与较为齐全的地貌组合类型,更有罕见的锥状喀斯特森林生态系统和生命记录。荔波锥状喀斯特是反映地球热带-亚热带锥状喀斯特演化历史主要阶段的典型范例,极具代表中国南方喀斯特的世界遗产价值。     

裂隙岩体渗流-应力耦合等效渗流阻模型

针对含区域主干裂隙岩体在应力作用下的渗透特性进行了研究。运用单裂隙平行板渗流理论、弹性力学方法,结合模拟电路知识,提出等效渗流阻的概念。在分析裂隙岩体区域中主干裂隙系统几何构造的基础上,建立了基于等效渗流阻的- 渗流-应力耦合模型,得到了裂隙岩体等效渗流阻、渗透率与应力之间的关系,从而为研究含区域主干裂隙岩体的应力-渗流耦合规律提供了方便。结合一个基于等效渗流阻模型的算例,考察了含“人”字形组合裂隙试样的渗透特性。经进一步细化后,该模型可用于分析地应力作用下的含区域主干裂隙岩体渗流演化规律。     

重复压裂转向机制流-固耦合分析

重复压裂已成为油田老井挖潜、稳产增产的重要技术手段,而地应力转向机制与压裂时机选择一直是制约该技术增产效果的关键问题。对ABAQUS有限元软件平台进行了二次开发,考虑储层孔隙度和渗透性随岩石体积应变的动态演化,实现了流体压力变化与岩石物性参数的全面耦合,并分析了重复压裂转向机制。结果表明,地应力转向现象普遍存在,人工裂缝对地应力的影响范围有限,而孔隙压力变化是造成地应力转向的主要因素;随着生产的持续进行,地层压力下降变缓,岩石体积应变变化趋缓,导致渗透率下降趋于平稳,应力转向距离逐渐增大并最终趋稳;应力差越大、应力转向距离越小,越难形成重复压裂转向裂缝。其研究结果实现了流-固耦合作用下地应力转向的可视化描述,直观地模拟结果有利于指导重复压裂的应用实施。     

基于流固耦合理论某尾矿坝失稳特性及稳定性分析

选用典型的尾矿库工程实例,采用流固耦合和强度折减法相结合对其尾矿坝进行稳定性分析,确定尾矿库渗流场分布及浸润线的位置,该浸润线位置与实测浸润线位置吻合较好。建议强度折减过程中尾矿坝的失稳准则,计算安全系数,确定潜在滑裂面的位置,并与极限平衡法计算出的安全系数及临界滑裂面位置进行比较,表明强度折减法得出的结果与Bishop法结果接近,流固耦合-强度折减法在尾矿库稳定性分析的可行性。在该基础上研究尾矿坝潜在的失稳模式,将尾矿坝潜在的失稳模式分为局部失稳和整体性失稳两种,局部失稳为尾矿坝的部分坝面发生滑移,整体失稳为整个尾矿坝坝体发生失稳,并分析导致该尾矿坝两种失稳模式的主要因素,认为浸润线埋深过浅是导致局部失稳的主要原因。