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An efficient and accurate numerical method for simulating close-range blast loads of cylindrical charges based on neural network
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作者 Ting Liu Changhai Chen +2 位作者 Han Li Yaowen Yu Yuansheng Cheng 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第2期257-271,共15页
To address the problems of low accuracy by the CONWEP model and poor efficiency by the Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)method in predicting close-range air blast loads of cylindrical charges,a neural network-based sim... To address the problems of low accuracy by the CONWEP model and poor efficiency by the Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)method in predicting close-range air blast loads of cylindrical charges,a neural network-based simulation(NNS)method with higher accuracy and better efficiency was proposed.The NNS method consisted of three main steps.First,the parameters of blast loads,including the peak pressures and impulses of cylindrical charges with different aspect ratios(L/D)at different stand-off distances and incident angles were obtained by two-dimensional numerical simulations.Subsequently,incident shape factors of cylindrical charges with arbitrary aspect ratios were predicted by a neural network.Finally,reflected shape factors were derived and implemented into the subroutine of the ABAQUS code to modify the CONWEP model,including modifications of impulse and overpressure.The reliability of the proposed NNS method was verified by related experimental results.Remarkable accuracy improvement was acquired by the proposed NNS method compared with the unmodified CONWEP model.Moreover,huge efficiency superiority was obtained by the proposed NNS method compared with the CEL method.The proposed NNS method showed good accuracy when the scaled distance was greater than 0.2 m/kg^(1/3).It should be noted that there is no need to generate a new dataset again since the blast loads satisfy the similarity law,and the proposed NNS method can be directly used to simulate the blast loads generated by different cylindrical charges.The proposed NNS method with high efficiency and accuracy can be used as an effective method to analyze the dynamic response of structures under blast loads,and it has significant application prospects in designing protective structures. 展开更多
关键词 Close-range air blast load Cylindrical charge Numerical method Neural network CEL method CONWEP model
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Investigation on dynamic response of liquid-filled cylindrical shellstructures under the action of combined blast and fragments loading
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作者 Zhujie Zhao Hailiang Hou +4 位作者 Dian Li Xiaowei Wu Yongqing Li Zhenghan Chen Linzhi Wu 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第7期334-354,共21页
This study designs four types of liquid-filled cylindrical shell structures to investigate their protection characteristics against explosive shock waves and high-speed fragments.Bare charge and charge-driven prefabri... This study designs four types of liquid-filled cylindrical shell structures to investigate their protection characteristics against explosive shock waves and high-speed fragments.Bare charge and charge-driven prefabricated fragments are employed to examine the damage under blast shock waves and combined blast and fragments loading on various liquid-filled cylindrical shell structures.The test results are compared to numerical calculations and theoretical analysis for the structure's deformation,the liquid medium's movement,and the pressure waves'propagation characteristics under different liquid-filling methods.The results showed that the filling method influences the blast protection and the struc-ture's energy absorption performance.The external filling method reduces the structural deformation,and the internal filling method increases the damage effect.The gapped internal filling method improves the structure's energy absorption efficiency.The pressure wave loading on the liquid-filled cylindrical shell structure differs depending on filling methods.Explosive shock waves and high-speed fragments show a damage enhancement effect on the liquid-filled cylindrical shell structure,depending on the thickness of the internal liquid container layer.The specific impulse on the inner surface of the cylindrical shell positively correlates to the radial deformation of the cylindrical shell structure,and the external liquid layer limits the radial structural deformation. 展开更多
关键词 blast wave Combined blast and fragments loading Filling method Liquid-filled structure Dynamic response
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Mitigation strategies for blasting-induced cracks and vibrations in twin-arch tunnel structures
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作者 Xianshun Zhou Jin Chen +4 位作者 Xuemin Zhang Kai Zhu Yanyong Zhang Jianbo Fei Muhammad Irslan Khalid 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第7期242-259,共18页
Due to space constraints in mountainous areas,twin tunnels are sometimes constructed very close to each other or even overlap.This proximity challenges the structural stability of tunnels built with the drill-and-blas... Due to space constraints in mountainous areas,twin tunnels are sometimes constructed very close to each other or even overlap.This proximity challenges the structural stability of tunnels built with the drill-and-blast method,as the short propagation distance amplifies blasting vibrations.A case of blasting damage is reported in this paper,where concrete cracks crossed construction joints in the twin-arch lining.To identify the causes of these cracks and develop effective vibration mitigation measures,field monitoring and numerical analysis were conducted.Specifically,a restart method was used to simulate the second peak particle velocity(PPV)of MS3 delays occurring 50 ms after the MS1 delays.The study found that the dynamic tensile stress in the tunnel induced by the blast wave has a linear relationship with the of the product of the concrete wave impedance and the PPV.A blast vibration velocity exceeding 23.3 cm/s resulted in tensile stress in the lining surpassing the ultimate tensile strength of C30 concrete,leading to tensile cracking on the blast-facing arch of the constructed tunnel.To control excessive vi-bration velocity,a mitigation trench was implemented to reduce blast wave impact.The trench,approximately 15 m in length,50 cm in width,and 450 cm in height,effectively lowered vibration ve-locities,achieving an average reduction rate of 52%according to numerical analysis.A key innovation of this study is the on-site implementation and validation of the trench's effectiveness in mitigating vi-brations.A feasible trench construction configuration was proposed to overcome the limitations of a single trench in fully controlling vibrations.To further enhance protection,zoned blasting and an auxiliary rock pillar,80 cm in width,were incorporated to reinforce the mid-wall.This study introduces novel strategies for vibration protection in tunnel blasting,offering innovative solutions to address blasting-induced vibrations and effectively minimize their impact,thereby enhancing safety and struc-tural stability. 展开更多
关键词 Twin-arch tunnel drill-and-blast blasting vibration mitigation LS-DYNA Restart method
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Crack stop holes in steel bridge decks:Drilling method and effects 被引量:19
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作者 FU Zhong-qiu JI Bo-hai +1 位作者 XIE Shu-hui LIU Tian-jia 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第10期2372-2381,共10页
Force analysis using a compact tension model, as recommended by ASTM, was carried out on a crack stop hole. The stress before, and after, drilling the hole was compared in terms of stress concentration and stress grad... Force analysis using a compact tension model, as recommended by ASTM, was carried out on a crack stop hole. The stress before, and after, drilling the hole was compared in terms of stress concentration and stress gradient. The optimum drilling location and diameter were studied through analysis of different locations and diameters. By analyzing the effects of flank holes and an additional hole, drilling advice was proposed and fatigue testing of the cracks in a steel bridge deck with a crack stop hole was conducted. The results show that the stress at the crack tip with a crack stop hole decreased, and the major principal stress around the hole was distributed accordingly. The optimum position of the crack stop hole centre was where the centre of the crack stop hole was situated behind the crack and the hole edge coincided with the crack tip. Therefore, hole diameters larger than 8 mm, or those weakening the section by 10%, were suggested as the best diameters. In terms of multi-hole crack stopping, a flank hole was not recommended. The optimum horizontal position of flank holes was at a distance of 1/4 of a single hole diameter from, and in front of, the single hole. Besides, the experiment showed that crack stop hole could only prevent cracks from growing and had no influence on crack growth rate. 展开更多
关键词 steel bridge DECK fatigue CRACK STOP HOLE drillING method HOLE position
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Monitoring and Prediction of the Vibration Intensity of Seismic Waves Induced in Underwater Rock by Underwater Drilling and Blasting 被引量:2
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作者 Zhen-xiong Wang Wen-bin Gu +3 位作者 Ting Liang Shou-tian Zhao Peng Chen Liu-fang Yu 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第1期109-118,共10页
All underwater drilling and blasting operations generate seismic waves.However,due to a lack of suitable vibration sensing instruments,most studies on the propagation of seismic waves have been limited to shorelines n... All underwater drilling and blasting operations generate seismic waves.However,due to a lack of suitable vibration sensing instruments,most studies on the propagation of seismic waves have been limited to shorelines near construction areas or wharfs,whereas comparatively few studies have beerconducted on the larger seafloor itself.To address this gap,a seafloor vibration sensor system was developed and applied in this study that consists of an autonomous acquisition storage terminal,soft-ware platform,and hole-plugging device that was designed to record the blasting vibration intensities received through submarine rocks at a given measurement point.Additionally,dimensional analyses were used to derive a predictive equation for the strength of blast vibrations that considered the in fluence of the water depth.By combining reliable vibration data obtained using the sensor system in submarine rock and the developed predictive equation,it was determined that the water depth was ar important factor influencing the measured vibration strength.The results using the newly derivedequation were compared to those determined using the Sadowski equation,which is commonly used on land,and it was found that predictions using the derived equation were closer to the experimental values with an average error of less than 10%,representing a significant improvement.Based on these results the developed sensor system and preliminary theoretical basis was deemed suitable for studying the propagation behavior of submarine seismic waves generated by underwater drilling and blasting operations. 展开更多
关键词 Seismic wave Underwater drilling and blasting blasting vibration Dimensional analysis Induced seismicity
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Assessing the range of blasting-induced cracks in the surrounding rock of deeply buried tunnels based on the unified strength theory
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作者 LI Liang CHEN Jia-jun +3 位作者 ZHAO Lian-heng HE Ke-pei HU Shi-hong LI Hua-long 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期2341-2364,共24页
Blasting-induced cracks in the rock surrounding deeply buried tunnels can result in water gushing and rock mass collapse,posing significant safety risks.However,previous theoretical studies on the range of blasting-in... Blasting-induced cracks in the rock surrounding deeply buried tunnels can result in water gushing and rock mass collapse,posing significant safety risks.However,previous theoretical studies on the range of blasting-induced cracks often ignore the impact of the in-situ stress,especially that of the intermediate principal stress.The particle displacement−crack radius relationship was established in this paper by utilizing the blasthole cavity expansion equation,and theoretical analytical formulas of the stress−displacement relationship and the crack radius were derived with unified strength theory to accurately assess the range of cracks in deep surrounding rock under a blasting load.Parameter analysis showed that the crushing zone size was positively correlated with in-situ stress,intermediate principal stress,and detonation pressure,whereas negatively correlated with Poisson ratio and decoupling coefficient.The dilatancy angle-crushing zone size relationship exhibited nonmonotonic behavior.The relationships in the crushing zone and the fracture zone exhibited opposite trends under the influence of only in-situ stress or intermediate principal stress.As the in-situ stress increased from 0 to 70 MPa,the rate of change in the crack range and the attenuation rate of the peak vibration velocity gradually slowed. 展开更多
关键词 deep drilling and blasting cracks in surrounding rock unified strength theory intermediate principle stress in-situ stress cavity expansion dilatancy characteristics
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钢筋混凝土立柱钻孔爆破破坏过程数值分析与试验研究
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作者 黄小武 谢先启 +3 位作者 贾永胜 刘昌邦 姚颖康 伍岳 《爆破》 北大核心 2025年第2期1-12,共12页
在房屋类建筑物爆破拆除工程中,钢筋混凝土立柱是主要承载构件,也是拆除爆破工程中面临最多的爆破对象。钢筋混凝土立柱的爆破破坏效果,直接影响承载构件的可靠失稳,进而影响结构的整体倒塌。近年来,钢筋混凝土立柱呈现出尺寸大、配筋... 在房屋类建筑物爆破拆除工程中,钢筋混凝土立柱是主要承载构件,也是拆除爆破工程中面临最多的爆破对象。钢筋混凝土立柱的爆破破坏效果,直接影响承载构件的可靠失稳,进而影响结构的整体倒塌。近年来,钢筋混凝土立柱呈现出尺寸大、配筋多、强度高等特征,对爆破参数设计和飞石防护提出了巨大的挑战。采用粒子爆破法耦合有限元算法(PBM-FEM),通过粒子的高速运动碰撞模拟爆炸冲击荷载和爆生气体逸出炮孔的过程;通过1∶1原尺寸物理模型爆破试验,采用工业电子雷管真实还原了高层楼房承重构件爆破拆除过程,揭示了钢筋混凝土立柱的钻孔爆破破坏过程及其爆破破坏失效机理。研究结果表明:因炮孔侧堵塞材料的约束作用有限,爆生气体会从孔口逸出,降低了炸药能量的利用率。立柱表面混凝土的剥落情况严重程度依次为:左、右两侧>前侧>后侧,最小抵抗线的方向是诱导混凝土发生破坏和抛掷的主要方向。 展开更多
关键词 爆破拆除 钢筋混凝土 钻孔爆破 破坏失效 数值模拟
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水下钻孔爆破激发水中冲击波的机制研究
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作者 杨洋 卢文波 +4 位作者 王洋 黄宇峰 王高辉 陈明 严鹏 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期269-278,共10页
水下爆炸激发水中冲击波的超压峰值主要借用库尔公式,并未考虑水下钻孔爆破激发水中冲击波的机制。针对水下钻孔爆破激发水中冲击波的超压缺乏可靠预测方法的问题,首先从理论上对水-炸药-岩体组成的爆破系统分析了破岩及激发水击波过程... 水下爆炸激发水中冲击波的超压峰值主要借用库尔公式,并未考虑水下钻孔爆破激发水中冲击波的机制。针对水下钻孔爆破激发水中冲击波的超压缺乏可靠预测方法的问题,首先从理论上对水-炸药-岩体组成的爆破系统分析了破岩及激发水击波过程。接着通过对爆炸应力波作用下水击波峰值压力的理论解和数值解对比发现,当爆炸应力波刚进入弹性变形区时,数值解偏小,说明岩体中弹塑性变形区是一个由塑性变形区逐渐过渡到弹性变形区,随着距离逐渐增加,进入岩体的弹性变形区,数值解和理论解拟合效果良好。进一步地,基于SPH-FEM耦合方法,模拟了炮孔周围爆轰产物粒子的运动过程,并结合长江航道建设工程现场的单孔水下爆破试验数据,对水击波波形特征进行了比较和验证。研究结果表明:水下钻孔爆破激发水中冲击波的机制共分为三种。炸药在炮孔内起爆后,爆炸应力波遇到岩石和水的交界面时会发生复杂的透反射过程,一部分会从交界面反射回来,另一部分会在交界面上发生透射激发出水中冲击波;随着爆轰波的传播,爆生气体随后从炮孔孔口喷出,在水中激发出水中冲击波;受爆炸冲击波影响,炮孔空腔开始发生径向动力膨胀,随后裂纹进一步拓展,完成岩体的鼓包破碎致使爆生气体膨胀,从岩体鼓包的裂隙向水中逸散,并在水中激发出水中冲击波。 展开更多
关键词 水下钻孔爆破 应力波 爆生气体 水击波 单孔爆破
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基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法及应用
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作者 赵同彬 尹延春 +3 位作者 任文涛 张庆志 高久国 赵志刚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2384-2393,共10页
钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数... 钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数,提出考虑卸压扰动的大直径卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量确定方法;通过开展室内煤样钻孔卸压-煤粉测量试验,探究钻孔孔径、煤粉量、煤样初始应力及卸压后应力间的函数关系,进而给出孔距为1、2和3 m条件下孔径为150 mm的卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量的建议值;并结合研发的煤粉自动测量装置,在井下冲击危险巷道开展大直径卸压钻孔钻屑检测应用。结果表明:煤样钻孔煤粉量与钻孔孔径、煤样应力呈正相关关系,钻孔卸压后煤样应力降低率与钻孔孔径-孔距比呈正相关性;孔径为150 mm的卸压钻孔的钻粉率指数大于孔径为44 mm的钻孔的钻粉率指数,且随着钻孔间距的减小而逐渐增大;山东唐口矿6310工作面孔径为150 mm的卸压钻孔的煤粉量为25~93 kg/m,在巷帮12~14和18~20 m深处存在高应力区,沿空巷道煤粉量明显大于实体煤巷道。通过大直径卸压钻孔钻粉率指数确定方法和煤粉自动测量装置相结合,形成了基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法,为巷道高应力危险区“卸压-检测”同步作业提供了一种实用技术途径。 展开更多
关键词 冲击地压 卸压钻孔 钻屑法 钻粉率指数 临界煤粉量
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基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法
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作者 赵同彬 赵志刚 +3 位作者 齐炎山 尹延春 牛旭 李淇凡 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期122-132,共11页
煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以... 煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以得到煤矿井下大量煤体应力数据。本文根据煤体钻削破坏特征,对钻头破煤进行了力学分析,以钻头钻削力为纽带,研究了钻头受力与煤体应力关系,建立了煤体钻削力学模型,给出了包含钻进多参量的煤体应力反演方程;开展不同强度和煤体应力的原煤室内钻进实验,验证了力学模型的准确性和适用性,自主研制了大直径卸压钻机配套的随钻测量装置,开展煤矿井下实测实验,获取钻头位移、转速、转矩随时间变化数据,计算得到不同钻孔深度的煤体应力,给出了卸压孔区应力场分布形态,并与钻进能量和钻进时间进行了比较分析。结果表明,室内钻进实验加载应力与钻削力学模型计算应力平均误差为4.9%、最大误差为15.7%;现场实测煤体应力随孔深呈现先上升后下降的趋势,与煤壁支承压力分布规律一致,同一钻孔的煤体应力、钻进时间和钻进能量随孔深变化曲线基本一致,表明高应力区钻孔消耗能量较多,所需钻进时间也较长;对比相邻钻孔应力发现,先施工钻孔的应力峰值较高,后施工钻孔应力峰值较低,且峰值位置向深部转移,表明先施工钻孔起到明显的卸压作用。通过建立钻进多参量和煤体应力的定量关系,进行基于大直径卸压钻孔钻进多参量的煤体应力原位测量,将大直径卸压钻孔从卸压工程孔拓展为应力测量孔,实现钻孔卸压与应力测量评估一体化。 展开更多
关键词 大直径卸压钻孔 钻削力学模型 煤体应力 钻进多参量 钻测方法
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高原长隧的钻爆和TBM联合开挖进度仿真模型
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作者 张涛 梁志强 +2 位作者 王飞 刘全 杨凯 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第1期209-214,共6页
长距离隧洞常用于穿越复杂地形,利用钻爆和TBM开挖方法联合开挖高原长隧可以充分发挥钻爆法的灵活性和TBM法的高效性,但是增加了工程进度管理的复杂度。考虑高原长隧常面临开挖工期长、地层复杂,气压低、气温低等不利条件,在钻爆法和TB... 长距离隧洞常用于穿越复杂地形,利用钻爆和TBM开挖方法联合开挖高原长隧可以充分发挥钻爆法的灵活性和TBM法的高效性,但是增加了工程进度管理的复杂度。考虑高原长隧常面临开挖工期长、地层复杂,气压低、气温低等不利条件,在钻爆法和TBM开挖进度仿真模型研究的基础上,研究开挖工艺切换的工期及其影响,建立钻爆和TBM联合开挖的高原长隧开挖进度仿真模型,并以工期函数和控制流程的形式表达。实例分析结果表明,本模型可以适用长隧施工的支洞和主洞多工作面同时开挖、以及钻爆和TBM联合开挖等复杂施工边界条件。可为高原区引水、公路、铁路等长距离隧洞的开挖进度管理提供支持。 展开更多
关键词 长距离隧洞 钻爆开挖 TBM掘进 开挖仿真 工期评价
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基于岩渣形貌及岩石磨蚀性的钻井法凿井滚刀磨损评估方法
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作者 程桦 谢鲍 +2 位作者 姚直书 荣传新 林键 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期115-131,共17页
针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其... 针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其次,对竖井钻机岩渣开展现场预处理,采用图像识别方法进行后处理,统计分析了岩渣几何形貌,并使用类指数分布函数描述其累积分布规律;此后,以皮尔逊系数为相关性评价指标探究了岩渣颗粒分布及矿物成分对滚刀磨损指标的影响,阐明了西部地区钻井法凿井滚刀易磨损致因;最后,基于相关性分析方法,选取若干主要影响参数,使用非线性拟合工具给出了针对不同岩层的滚刀磨损指标预测公式,并提出现场更换滚刀的评估方法。结果表明:钻井法凿井滚刀磨损与岩层地质条件密切相关,不同地层单位进尺消耗滚刀数量依次为:泥质胶结泥性地层>钙质胶结泥、砂互层地层≈钙质、铁质胶结砂性地层>极弱胶结砂性地层,西部钻井法凿井刀盘深磨区易集中于b、c、d刀圈,而中心刀及其附近区域多为浅磨区;岩渣几何形貌统计特征可间接反映不同地层单位进尺滚刀磨损程度,西部地区砂系、泥系地层岩渣粒径分布符合类指数函数,相关系数R 2为0.976~0.997,根据拟合函数得到的岩渣均匀系数与磨损均匀性指标相关性最高,泥性地层及泥、砂互层地层滚刀磨损加剧的原因可归结为岩渣泥化、砂化;以岩渣圆度分布的箱宽、大颗粒占比、均匀系数、岩石磨蚀性指数为滚刀磨损主要表征参数,得到适用于不同地层的滚刀磨损预测模型,与现场实测对比,模型预测成功率达90.9%;提出的滚刀磨损评估方法可为现场提钻换刀决策提供有益参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 岩渣颗粒分布 矿物成分 滚刀磨损 评估方法
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高性能纤维混凝土在深钻井井筒井壁底施工中的应用
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作者 姚直书 王法珺 +2 位作者 宋海清 晏中俊 胡长海 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期42-48,共7页
针对深钻井井筒井壁底在浇筑、养护及下沉过程中易产生裂纹的难题,以陶忽图煤矿北风井为工程背景,开展了深钻井井筒井壁底受力分析与高性能纤维混凝土制备研究。采用数值模拟方法分析了半椭圆回转扁球壳式井壁底受力状态,识别出关键拉... 针对深钻井井筒井壁底在浇筑、养护及下沉过程中易产生裂纹的难题,以陶忽图煤矿北风井为工程背景,开展了深钻井井筒井壁底受力分析与高性能纤维混凝土制备研究。采用数值模拟方法分析了半椭圆回转扁球壳式井壁底受力状态,识别出关键拉应力区域。结果表明,井壁底筒体顶部外侧存在显著拉应力区域,最大主应力达0.56 MPa,存在受拉开裂风险,井壁底混凝土应采取防开裂措施。研究获得井壁底C75纤维混凝土的最优配合比为水泥∶粉煤灰∶磨细矿渣∶石子∶砂∶水∶减水剂∶纤维=400∶75∶85∶1011.8∶732.6∶145.6∶13.44∶2.0。平板裂缝试验表明,纤维混凝土抗裂性能显著优于普通混凝土。研究的配合比在工程现场应用表明,浇筑的井壁底未出现裂纹。 展开更多
关键词 钻井法凿井 井壁底 井筒施工 纤维混凝土配制 防裂抗渗
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小井眼钻井液脉冲器工作性能分析及参数优化
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作者 席文奎 张轩 +4 位作者 汪雄雄 巴莎 李欣 隽鸿科 耿东恒 《石油机械》 北大核心 2025年第1期37-45,共9页
连续波钻井液脉冲器是随钻测量仪器(MWD)中以强脉冲形式向地面传输数据的关键部件。为满足老井开窗侧钻作业要求,必须解决小尺寸空间下钻井液脉冲器的结构设计、水力冲蚀和信号强度问题。根据实际小井眼尺寸、悬挂钻铤及匹配MWD仪器结... 连续波钻井液脉冲器是随钻测量仪器(MWD)中以强脉冲形式向地面传输数据的关键部件。为满足老井开窗侧钻作业要求,必须解决小尺寸空间下钻井液脉冲器的结构设计、水力冲蚀和信号强度问题。根据实际小井眼尺寸、悬挂钻铤及匹配MWD仪器结构尺寸,确定了小尺寸钻井液脉冲器上悬挂挂接方案及脉冲信号产生方式(连续波),完成了连续波脉冲器的结构方案及关键部件(旋转阀)的设计;以实际脉冲器设计案例(设计参数)为研究对象,并根据实际工况,采用CFD方法对脉冲器(旋转阀)的耐冲蚀性能与脉冲(钻井液压力幅值)产生能力进行了分析;通过响应曲面方法对该脉冲器案例进行了多目标参数优化。研究结果表明:设计研发的小井眼钻井液脉冲器能够满足实钻要求,且优化后脉冲器的最大冲蚀速率降低了7.41%,脉冲信号强度提高了16.24%,工作性能明显提升。设计分析及优化结果可为其在实际设计开发和应用中提供依据。 展开更多
关键词 小井眼钻井 连续波钻井液脉冲器 老井开窗侧钻 脉冲信号幅值 冲蚀特性 响应曲面法
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基于离散单元法的双振型下钻井液振动筛不同颗粒筛分效率对比研究
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作者 刘洪斌 李传杰 +2 位作者 朱天际 罗伟 孙浩宾 《应用力学学报》 北大核心 2025年第3期687-693,共7页
直线型振动筛和平动椭圆振动筛作为钻井液振动筛的2种发展形式,研究2种振型振动筛在不同工作参数下的筛分效率,对实际生产、选型具有价值和意义。基于离散单元法,采用EDEM计算分析软件,对直线振型和平动椭圆振型下钻井液振动筛筛分效率... 直线型振动筛和平动椭圆振动筛作为钻井液振动筛的2种发展形式,研究2种振型振动筛在不同工作参数下的筛分效率,对实际生产、选型具有价值和意义。基于离散单元法,采用EDEM计算分析软件,对直线振型和平动椭圆振型下钻井液振动筛筛分效率进行仿真计算;研究多种颗粒在2种振型下的运动参数、黏结作用、抛物运动次数,计算透筛及出口脱筛率。研究发现:在相同振动参数下,直线振型在处理不透筛颗粒方面脱筛效果优于椭圆振型,而平动椭圆振型在避免产生颗粒团形成方面优于直线振型;颗粒黏结作用越大,颗粒在筛网上所作抛物运动次数越多,颗粒团的形成降低颗粒运移速度,导致在单位时间内筛网对不透筛颗粒处理效率降低,在实际操作中,应当尽量避免颗粒团的形成;在振动频率25~30 Hz内,黏结作用对颗粒速度的影响迅速增加,降低出口脱筛率。 展开更多
关键词 钻井液振动筛 双振型 离散单元法 EDEM 筛分效率
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基于序贯高斯-协克里金法的孔隙压力钻前预测
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作者 汤明 郭欣钰 +4 位作者 何世明 邹露 张光福 孔令豪 邓祥华 《天然气工业》 北大核心 2025年第4期109-120,共12页
准确预测孔隙压力对于安全钻进具有重要意义,但现有钻前地层孔隙压力预测方法误差大,不能很好地指导钻井工程设计和钻井施工,导致井漏、溢流等事故多发频发。为实现钻前地层孔隙压力的准确预测,利用孔隙度修正后的声波时差数据建立了单... 准确预测孔隙压力对于安全钻进具有重要意义,但现有钻前地层孔隙压力预测方法误差大,不能很好地指导钻井工程设计和钻井施工,导致井漏、溢流等事故多发频发。为实现钻前地层孔隙压力的准确预测,利用孔隙度修正后的声波时差数据建立了单井孔隙压力预测新模型,结合工区三维地质构造,形成了基于序贯高斯-协克里金法的三维孔隙压力预测新方法,并构建了孔隙压力三维数据体,实现了孔隙压力钻前预测。研究结果表明:①模型综合利用了声波时差和地层孔隙度这两种随深度变化的地层物性参数,使得孔隙压力的计算过程更符合地层的实际构造,与未考虑孔隙度影响相比,修正模型的平均绝对误差由12.92%降低到3.52%;②序贯高斯-协克里金插值算法同时兼顾了裂缝断层区域的随机性和非裂缝断层区域的连续性,基于孔隙压力三维数据体预测得到的钻前孔隙压力预测值与实钻数据吻合较好,误差介于±10%;③建立的蓬莱气区上部碎屑岩重点层段三维孔隙压力数据体可有效实现工区单井复杂工况分析、钻前孔隙压力以及风险预测等工作。结论认为,基于序贯高斯—协克里金法的孔隙压力钻前预测方法能够实现钻前孔隙压力的准确预测,计算结果三维可视化,为井身结构设计以及钻井液密度设计提供依据,为油气资源的安全经济高效勘探开发提供了理论和技术支撑。 展开更多
关键词 三维孔隙压力 压力展布 钻前预测 序贯高斯-协克里金法 地质建模 碎屑岩
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负压取样过程钻杆转速对煤屑-气流动特性的影响研究
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作者 张宏图 甄泽栋 +1 位作者 李博涛 张欧娅 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第4期94-100,共7页
为探究负压取样过程中钻杆内煤屑-气流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合模拟法探讨钻杆转速、煤屑质量流量对煤屑输送过程中气固流动速度分布及煤屑输送效率的影响特征。结果表明:钻杆内气流最大轴向速度随着输送距离... 为探究负压取样过程中钻杆内煤屑-气流动特性,采用计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合模拟法探讨钻杆转速、煤屑质量流量对煤屑输送过程中气固流动速度分布及煤屑输送效率的影响特征。结果表明:钻杆内气流最大轴向速度随着输送距离的增加而逐渐减小并趋于稳定,最大切向速度迅速衰减并消失;钻杆转速增加时,气流最大轴向速度变化不大,最大切向速度显著增加;随着钻杆转速增加,煤屑螺旋流更加明显,旋流区距离变长,悬浮区距离变短;进入钻杆的煤屑数量减少,5 m/s速度以上的煤屑分布增多且分散;转动时钻杆内部实际固气比小于设定值,煤屑输送效率随转速的提高先增后减。 展开更多
关键词 负压取样 钻杆转速 煤屑 流动特性 计算流体力学与离散单元法(CFD-DEM)耦合模拟
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基于数字钻进参数的岩石强度确定方法 被引量:2
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作者 贾朝军 陈范雷 +3 位作者 雷明锋 黄娟 施成华 刘帝 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第3期589-598,共10页
岩石强度是衡量岩石稳定性和安全性的关键参数,而高效准确地预测岩石强度可以有效指导隧道的开挖和支护工作.本文收集分析源于不同设备的数字钻进参数和岩石力学性质相关数据,基于钻进过程中的能量传递分析建立数字钻进参数与单轴抗压... 岩石强度是衡量岩石稳定性和安全性的关键参数,而高效准确地预测岩石强度可以有效指导隧道的开挖和支护工作.本文收集分析源于不同设备的数字钻进参数和岩石力学性质相关数据,基于钻进过程中的能量传递分析建立数字钻进参数与单轴抗压强度的定量关系;采用机器学习方法建立基于钻进参数的岩石强度预测模型,选择BP(back-propagation)神经网络、随机森林、卷积神经网络和长短期记忆网络4种算法比较不同算法的预测效果,最终确定最优模型.结果显示:相对于理论公式和其他3种机器学习算法,BP神经网络算法在岩石强度预测中表现优秀,其预测结果的均方根误差为5.794,平均绝对误差为4.129,相关系数为0.9749. 展开更多
关键词 数字钻进参数 能量方法 抗压强度 神经网络 随机森林
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爆炸作用下建筑结构高效毁伤评估方法 被引量:1
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作者 吕晋贤 吴昊 +1 位作者 卢永刚 陈德 《爆炸与冲击》 EI CAS 北大核心 2025年第1期133-150,共18页
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级,针对爆炸作用下典型地面建筑,即含填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构,提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法,并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验... 为综合评估战后建筑结构的毁伤等级,针对爆炸作用下典型地面建筑,即含填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构,提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法,并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证;开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量(25~200 kg TNT)下的内爆炸数值仿真,定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为:结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载,基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级,引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级,考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致,即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤,毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时,兼具可靠性与时效性。 展开更多
关键词 爆炸荷载 建筑结构 毁伤评估方法 损伤破坏
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地铁车站斜井爆破施工减振孔减振效应研究
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作者 周航 施成华 +3 位作者 帅建兵 魏永亮 娄义黎 王身鑫 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2812-2822,共11页
为研究爆破施工掌子面拱部减振孔减振效应,以青岛地铁5号线宁夏路站斜井爆破施工为工程背景,建立斜井爆破三维数值计算模型,并通过爆破现场监测数据和数值计算结果的对比分析,验证数值计算模型和材料参数的可靠性。在此基础上,采用控制... 为研究爆破施工掌子面拱部减振孔减振效应,以青岛地铁5号线宁夏路站斜井爆破施工为工程背景,建立斜井爆破三维数值计算模型,并通过爆破现场监测数据和数值计算结果的对比分析,验证数值计算模型和材料参数的可靠性。在此基础上,采用控制变量法分析减振孔孔径、孔间距、距爆源距离、布置角度和排数等多个参数对减振效果的影响,并通过多元回归分析方法得到各减振孔参数对减振效果影响的显著性;基于各减振孔参数对减振效果的影响进行分析,提出减振孔优化设计方案,最后将减振孔优化设计方案应用到实际工程中进行检验。研究结果表明:在掌子面拱部布置减振孔时,减振率与减振孔间距和减振孔距爆源距离(s>2.5 m)呈反比,与孔径、距爆源距离(s<2.5 m)、布置角度和排数呈正比;各减振孔参数对减振效果的影响由大到小依次为减振孔排数、减振孔孔径、减振孔布置角度、减振孔距爆源距离、减振孔孔间距;采用孔径为100 mm、孔间距为300 mm、距爆源距离为2.9 m、布置角度为120°的双排减振孔优化设计方案,实测燃气管道峰值振速为0.473 cm/s,相比于无减振孔,减振率增大近50%,满足目标结构物1.0 cm/s的振速控制要求。研究结果可为因隧道爆破施工振动过大而造成临近结构物产生破坏的工程问题提供不同的解决方案。 展开更多
关键词 钻爆施工 爆破振动 减振孔 减振规律 优化设计
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