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定向渗流诱导的非对称冻结帷幕稳态温度场解析解 被引量:7
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作者 王彬 荣传新 程桦 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期76-87,共12页
受水流对流传热及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的3管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进... 受水流对流传热及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的3管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进行简化;基于稳态温度场的求解理论,推导得出定向渗流作用下非对称冻结帷幕稳态温度场解析解,以及冻结帷幕厚度、平均温度的计算公式;自主构建水热耦合物理模型试验系统,并开展不同流速条件下3管冻结温度场演化规律的模型试验,对公式的合理性进行验证。结果表明:关键轴线上冻结温度的计算值与试验结果吻合程度较高,解析解的合理性得到模型试验的验证;冻结帷幕的交圈时间及非对称系数随着流速的增加急剧增大;当地层中存在渗流场时,冻结温度场变化过程较为复杂,但冻结帷幕的平均温度整体仍然表现出随冻结帷幕厚度的增加而降低的规律。本文得出的解析解能够对渗流场作用下人工冻结温度场进行较为准确的数学描述,为大流速渗透地层人工冻结温度场的计算提供参考。 展开更多
关键词 人工地层冻结 渗流 冻结温度场 解析解 相似模型试验
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深厚土层冻结法凿井过程中外层井壁模糊随机可靠性分析 被引量:4
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作者 程桦 姚亚锋 +2 位作者 荣传新 姚直书 蔡海兵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1099-1107,共9页
针对常规可靠性表征结构稳定性时的不足,分析更加符合深井工况的模糊随机可靠性,给出相应的模糊随机功能函数和模糊随机极限状态方程,并针对可靠性中心点算法进行模糊随机改进。结合深厚冲积层井壁冻结压力和钢筋混凝土井壁极限承载力... 针对常规可靠性表征结构稳定性时的不足,分析更加符合深井工况的模糊随机可靠性,给出相应的模糊随机功能函数和模糊随机极限状态方程,并针对可靠性中心点算法进行模糊随机改进。结合深厚冲积层井壁冻结压力和钢筋混凝土井壁极限承载力模糊随机分析,得到深厚冲积层高强钢筋混凝土外层井壁的模糊随机极限状态方程,应用改进后的中心点法推导出外层井壁结构模糊随机可靠性的解析区间,并提出各主要变量对模糊随机可靠性的灵敏度区间模型。工程算例表明:由于综合考虑到各参数的不确定性,获得的模糊随机可靠性相比常规的可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机可靠性首次以区间值表征井筒的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具合理性。 展开更多
关键词 模糊随机可靠性 区间值 中心点算法改进 外层井壁 极限状态方程 灵敏度模型
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巷道围岩塑性软化区岩石内摩擦角与黏聚力变化规律 被引量:36
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作者 经纬 薛维培 姚直书 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期2203-2210,共8页
为研究巷道(隧道)塑性软化区岩石的内摩擦角与黏聚力的变化规律,基于18项公开发表的试验研究成果,结合摩尔-库伦准则对岩石全应力-应变曲线峰后阶段内摩擦角和黏聚力的变化性质进行了分析。结果表明,岩石峰后阶段内摩擦角变化很小,可近... 为研究巷道(隧道)塑性软化区岩石的内摩擦角与黏聚力的变化规律,基于18项公开发表的试验研究成果,结合摩尔-库伦准则对岩石全应力-应变曲线峰后阶段内摩擦角和黏聚力的变化性质进行了分析。结果表明,岩石峰后阶段内摩擦角变化很小,可近似认为不变。针对广泛应用的4阶段和3阶段应变软化模型,研究获得了围岩黏聚力与环向应变之间的线性关系及黏聚力软化模量的常量性质。研究结果揭示了围岩塑性软化区岩石内摩擦角和黏聚力的计算方法,黏聚力及黏聚力软化模量的变化规律,可为煤矿软岩巷道变形分区的研究提供参考。 展开更多
关键词 内摩擦角 黏聚力 试验研究 巷道(隧道)围岩 塑性软化区
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基于大数据挖掘的深土井壁极限承载力模糊随机模型 被引量:5
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作者 姚亚锋 程桦 +2 位作者 荣传新 姚直书 薛维培 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1089-1098,共10页
为有效抵御地下结构工程中复杂多变的外荷载,提升深土井筒支护的安全可靠性,运用两淮矿区深厚冲积层井壁为原型,按相似性原理浇筑钢筋混凝土井壁模型,进行了大量钢筋混凝土井壁模型的极限承载力试验,结果发现影响井壁极限承载力的主要... 为有效抵御地下结构工程中复杂多变的外荷载,提升深土井筒支护的安全可靠性,运用两淮矿区深厚冲积层井壁为原型,按相似性原理浇筑钢筋混凝土井壁模型,进行了大量钢筋混凝土井壁模型的极限承载力试验,结果发现影响井壁极限承载力的主要因素有混凝土抗压强度、厚径比和配筋率。其中,混凝土抗压强度对井壁承载力影响较为明显,配筋率影响较弱,但各影响因素在深厚冲积层实际工程中又伴随着不同程度的不确定性。针对深厚冲积层井筒施工过程中极限承载力及其影响因素的模糊随机性,以大量井壁试验和两淮矿区的钢筋混凝土井筒工程参数作为大数据样本集,分析结构材料、几何参数和计算模式的不确定分布情况,得到混凝土抗压强度、厚径比和配筋率的模糊随机分布规律。采用最大期望算法(EM)优化传统的大数据HMM挖掘模型,分别经过E步骤计算极大似然估计值和M步骤计算参数期望估计,改进后模型经过两次模糊随机过程,相比原算法具有误差小、效率高和收敛快等优点,更能满足实际地下工程中的不确定特性。基于改进后的大数据挖掘HMM算法,综合大数据环境下的材料性能、几何参数和计算模式的模糊随机分布,建立大数据挖掘井壁极限承载力模糊随机模型,实例证明该模型更加可靠合理,更具有工程实用价值。 展开更多
关键词 钢筋混凝土井壁 极限承载力 模糊随机 结构参数 大数据挖掘 HMM模型
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巷道(隧道)围岩稳定蠕变上下阈值及确定方法 被引量:6
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作者 经纬 薛维培 荣传新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2718-2723,共6页
基于岩石蠕变特性和稳定蠕变终止轨迹线的形成机理,揭示了岩石稳定蠕变上下阈值的存在并给出了试验确定方法。剖析了围岩径向各点不同的加载路径和不同的载荷终止水平对围岩变形分区形成的影响,并以此为基础揭示了稳定蠕变上下阈值在围... 基于岩石蠕变特性和稳定蠕变终止轨迹线的形成机理,揭示了岩石稳定蠕变上下阈值的存在并给出了试验确定方法。剖析了围岩径向各点不同的加载路径和不同的载荷终止水平对围岩变形分区形成的影响,并以此为基础揭示了稳定蠕变上下阈值在围岩中的基本属性。利用弹性区环向应力与径向应力之间的关系直线和不同围压下的稳定蠕变上下阈值拟合直线给出了围岩中塑性硬化区内外边界应力的确定方法。研究成果可为围岩应变软化模型的正确建立、围岩变形分区的科学研究及支护参数的量化设计提供参考。 展开更多
关键词 巷道(隧道) 围岩 稳定蠕变 上下阈值 变形分区
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富水砂卵石地层冻结壁缺口致因及弥合技术研究 被引量:2
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作者 程桦 王彬 +2 位作者 赵久良 姚直书 荣传新 《煤炭工程》 北大核心 2021年第10期1-8,共8页
针对里必矿副井冻结中冻结壁无法按时交圈的问题,综合测温数据及矿区水文地质情况,判断出冻结壁在砂卵石层冻结孔处的"缺口"位置,并对砂卵石层冻结温度场的演化规律进行了数值计算。通过对比冻结壁轮廓和测温孔数据,判断出该... 针对里必矿副井冻结中冻结壁无法按时交圈的问题,综合测温数据及矿区水文地质情况,判断出冻结壁在砂卵石层冻结孔处的"缺口"位置,并对砂卵石层冻结温度场的演化规律进行了数值计算。通过对比冻结壁轮廓和测温孔数据,判断出该层位地下水流速达9m/d,原方案的冻结壁交圈时间远超预计工期。基于降低地下水流速、减少冷量损失、加强局部冻结的技术原理,提出了"控""注""冻"相结合的冻结壁弥合技术;依据冻结壁发展情况,并考虑地下水流速、流向的影响,确定了注浆孔、加强冻结孔的位置和数量,通过数值计算对冻结壁缺口的弥合过程进行了预测。工程实施结果表明:里必矿副井在完成冻结壁弥合施工21d(预测17d)后,水文孔开始冒水,冻结壁温度场发育恢复正常,确保了井筒施工安全顺利完成。 展开更多
关键词 砂卵石地层 冻结壁 地下水流速 涌水缺口 弥合技术
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深厚冲积层钢筋混凝土外层井壁结构模糊随机有限元可靠性及灵敏度分析 被引量:1
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作者 姚亚锋 程桦 +2 位作者 黎明镜 荣传新 宋健 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3032-3039,共8页
基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明... 基于模糊随机有限元的基本原理及方法,对结构失效函数和材料本构关系作等效模糊化处理,设定输入输出模糊随机变量,建立钢筋混凝土外层井壁结构的模糊随机有限元分析模型。利用ANSYS数值计算外层井壁结构的模糊随机有限元可靠性,结果表明:由于综合考虑到各变量参数的不确定性,获得的模糊随机有限元可靠性相比常规的有限元可靠性总体偏低,其结果更能反映实际工况。此外,模糊随机有限元可靠性以区间值表征不同井段的可靠程度,较常规可靠性的定值表现方法更具工程针对性。模糊随机有限元灵敏度分析发现:影响外层井壁结构可靠性的重要因素依次是井壁冻结压力、混凝土抗压强度和厚径比。通过ANSYS灵敏度散点图可指明主要输入变量的变动对输出变量的影响程度以及变量需改动的大致区间范围。 展开更多
关键词 钢筋混凝土井壁 模糊随机有限元可靠性 概率设计系统 失效函数 灵敏度
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大数据下冻结井筒整体结构模糊随机可靠性模型建立 被引量:1
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作者 姚亚锋 程桦 +1 位作者 荣传新 蔡海兵 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期30-35,共6页
为解决传统可靠性模型在表征深部地下结构稳定性时的不足,利用大数据挖掘算法对可靠性一次二阶矩法进行模糊随机改进,提出了更加符合实际工况的井筒整体结构的模糊随机可靠性模型。研究结果表明:将两淮矿区钢筋混凝土冻结井筒工程数据... 为解决传统可靠性模型在表征深部地下结构稳定性时的不足,利用大数据挖掘算法对可靠性一次二阶矩法进行模糊随机改进,提出了更加符合实际工况的井筒整体结构的模糊随机可靠性模型。研究结果表明:将两淮矿区钢筋混凝土冻结井筒工程数据作为样本数据集,结合大数据隐马可夫(HMM)模型和最大期望(EM)算法,研究井筒整体外荷载和极限抗力的模糊随机表达式,可有效建立该区钢筋混凝土冻结井筒整体结构的模糊随机可靠性解析模型,获得其整体结构的模糊随机可靠性。此外,大数据模糊随机可靠性以区间值表示不同埋深井段整体结构的可靠程度,实例中井深426~483 m段的模糊随机可靠性区间极值分别比常规可靠性计算结果值偏小0.45%和偏大0.53%。该方法考虑了地下工程结构存在从有效状态到失效状态的渐变模糊过程的受力特点,相比常规可靠性的单值表现方法能更准确反映深井整体工况,其形式更具合理性。 展开更多
关键词 冻结井筒 大数据 模糊随机 可靠性 整体结构 EM算法
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高渗透孔隙水压对井壁混凝土性能的影响 被引量:2
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作者 薛维培 朱强 +2 位作者 姚直书 宋海清 杨龙 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期262-265,270,共5页
本研究考虑三个因素:水压(孔隙水压)、水压作用时间和强度等级对井壁混凝土物理力学性能的影响,采用SPSS19.0软件设计生成混合正交试验。结果表明:对于同一强度等级的井壁混凝土试件,当水压作用时间相同时,随着孔隙水压的增大,混凝土损... 本研究考虑三个因素:水压(孔隙水压)、水压作用时间和强度等级对井壁混凝土物理力学性能的影响,采用SPSS19.0软件设计生成混合正交试验。结果表明:对于同一强度等级的井壁混凝土试件,当水压作用时间相同时,随着孔隙水压的增大,混凝土损伤加剧,力学性能劣化明显;3因素对混凝土力学性能损伤影响从强到弱顺序依次为:水压(孔隙水压)、混凝土强度等级、水压作用时间。孔隙水压作用后,井壁混凝土的初始弹性模量明显增大,峰值应变明显降低,泊松比则略微增加。 展开更多
关键词 高渗透孔隙水压 井壁混凝土 物理力学性能 混合正交试验
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