自升式钻井平台悬臂梁负荷试验方法研究

悬臂梁负荷试验是自升式钻井平台建造完工交付使用之前的关键试验项目之一.以200 ft自升式钻井平台“海洋石油923”为例,针对悬臂梁负荷试验方法做出了探索研究,试验结果表明,此方法行之有效,具有操作简便,安全可靠的优点,为其它类似工程项目的顺利实施提供了宝贵的经验和借鉴.     

程潮铁矿东区地面塌陷机制及扩展机制初探

根据程湖东区塌陷历史与现状,借助三维激光扫描技术重建了地面塌陷三维地表模型,结合surfer绘制出了地面累计沉降等值线图和累计沉降值盆地;最初塌陷点大多分布在大理岩及围岩蚀变带中;塌陷区自东向西呈条带状分布,北部塌陷要比南部严重;塌陷区内呈现类似"角峰"、"刃脊"等冰川地貌的特点。根据地质条件、采矿情况以及监测资料分析,认为地下采矿是诱因,地质条件是内因,二者共同作用导致了塌坑大多首先在大理岩及围岩蚀变带区域中出现。在塌坑出现后,较高的水平构造应力得到释放,使得由NE向节理切割成悬臂梁板的岩体被折断。通过建立的力学模型分析得到岩体折断的范围达到了172 m宽。折断的岩体沿着折断面发生倾倒滑移破坏。这种力学扩展机制使得塌坑范围不断扩大,最终形成一个大的塌陷盆地。     

基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究

针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明：裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。     

南海北部洋陆转换带盆地发育动力学机制

南海北部洋陆转换带是近年来基础科学研究和深水油气勘探热点地区.本文在详细研究南海北部洋陆转换带新采集的二维长电缆深反射地震剖面资料的基础上,采用挠曲悬臂梁模型和挠曲回剥模型算法,分别计算了上地壳、地壳和整个岩石圈拉伸系数,实验结果表明,研究区洋陆转换带盆地岩石圈发生了与深度相关的拉伸变形过程,并且随深度增加,拉伸量逐渐变大,该结果解释了南海北部盆地裂后阶段发生的加速沉降现象.同时,本文结合南海北部洋陆转换带盆地发育过程的特点,将洋陆转换带盆地演化划分为陆内裂陷阶段、裂后热沉降阶段和裂后加速沉降阶段.本研究将有助于认识南海北部深水盆地特征,并对大陆边缘动力学研究和陆缘盆地深水区油气勘探有重要意义.     

基于频率摄动理论识别悬臂梁损伤方法的试验研究

将悬臂梁的振动理论和矩阵摄动理论相结合,推出悬臂梁损伤或缺陷的识别公式.通过2根钢悬臂梁的试验,测出其损伤前后的频率,并根据测试结果对梁的损伤程度进行判定.结果表明,用摄动理论不仅可以识别悬臂构件的损伤位置,还可以定量求出其损伤程度.     

渤海湾盆地济阳坳陷新生代裂后不整合、加速沉降事件及其成因浅析

为了考察渤海湾盆地济阳坳陷新生代裂后不整合及加速沉降事件并探讨其成因机制,利用悬臂梁模型和二维挠曲回剥模型的正反演模拟,对济阳坳陷2条NS向剖面新生代的构造演化进行了重建.正演计算表明,要反映14 Ma的盆地结构,需要叠加断陷阶段及裂后不整合时期发生的构造抬升事件,叠加的构造抬升量在坳陷东北部比西南部大;反演计算表明,要恢复到14 Ma的盆地结构,按照断层估算的拉张系数产生的热沉降不足以恢复当时的古水深,如果要通过人为增加构造沉降以恢复到14 Ma的古水深,那么坳陷东北部比西南部需要更大的沉降量.结果说明,济阳坳陷在新生代发育时,除了水平伸展产生的岩石圈被动减薄外,可能还叠加了垂向因素引起的岩石圈主动减薄;14 Ma以来发生的裂后加速沉降有从坳陷东北部向西南部推进的趋势.分析表明除了水平伸展诱发软流圈热扰动及随后快速热衰减外,岩石圈拆层作用、岩石圈地幔交代作用等主动因素,也会产生裂后不整合及加速沉降事件.     

悬臂-拉裂式崩塌破坏机制研究

悬臂-拉裂式崩塌是崩塌类型中较为常见的一种,常发育于近水平层状的陡峻岩质边坡,在我国的西南和西北山区以及三峡库区,该类危岩体的数量多且崩塌发生频率高。调查研究表明,差异风化剥蚀、河流侧蚀、海水浪蚀、碳酸盐溶蚀等作用是岩质边坡产生凹进岩腔和凸出悬臂的外动力地质作用。在调查基础上,概化出厚层硬岩夹薄层软岩和薄层硬岩夹软岩两种悬臂梁崩塌破坏模式。根据悬臂梁最大弯曲应力计算理论,推导出岩腔极限深度计算公式,并结合岩石风化剥蚀速率,对悬臂梁危岩体产生破坏的时间进行了预测。通过岩腔极限深度计算公式的分析和悬臂梁崩塌野外调查结果,均表明岩腔极限深度与悬臂岩体厚度成正相关,而与顶部裂缝深度比成负相关。根据最大拉应力-抗拉强度比值分析法,推导出悬臂梁危岩体稳定系数计算公式,并给出其稳定性评价标准。通过典型算例,对文中方法的正确性进行检验,结果表明该方法具有公式简单和计算可靠等优点。     

壁式削壁充填法采场顶板临界跨度计算

针对缓倾斜极薄矿体壁式削壁充填法劳动强度大、生产效率低的问题,提出采取机械化生产。对适应机械化生产的大尺寸采场结构需进行稳定性分析,将崩落废石堆体假设成弹簧支撑件,把采场顶板简化为平面问题的固定端超静定悬臂梁结构,对顶板临界跨度计算。同时,该计算法在矿山得到实际应用,实现了机械化作业。     

基于拓扑优化方法的船体支柱布局优化设计

船体支柱的布局影响到船舶功能性舱室的布置及相应的结构设计,而目前支柱布局多依赖母型船或者工程师设计经验,缺少基于数学优化的技术支撑。变密度的拓扑优化方法可将属于离散变量优化的支柱布局问题转化为连续变量优化问题。通过悬臂梁—支柱结构的算例,验证了该方法用于解决支柱布局优化问题的可行性。针对某型VLCC的支柱—大跨度甲板结构的支柱布局优化问题,根据布置限制条件设定了支柱优化设计域,选择了两种不同的优化目标函数进行支柱的布局优化设计,最后对优化结果进行了对比分析。结果表明,本方法具有较好的可行性,无需过多设计经验即可优化得到结构性能较好的支柱布局方案,可为此类的支柱布局优化设计提供技术支撑。     

基于压电效应的随钻式能量回收装置设计

针对钻探领域中井下仪器的连续供电问题和钻杆纵向振动能量的回收问题，设计了一种基于正压电效应的新型随钻式能量回收装置。通过现场经验及地质调查报告，设计了装置的径向尺寸参数及压电片材料。基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立压电耦合模型，通过强迫振动分析得出压电片的长度范围及最佳安装位置；通过模态分析与频率响应研究，得到压电悬臂梁固有频率在到达拐点厚度之前随压电片厚度单调递增，峰值电压随压电片厚度增加呈区域性变化等规律，压电片厚度为1.2~1.4 mm时发电性能最佳，装置峰值电压为15~40 V。该设计为压电式能量回收装置应用于钻探领域的探索提供了理论支撑和设计参考。