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深地工程多维信息感知与智能建造的发展与展望 被引量：21
1
作者 张茹 吕游 +5 位作者 张泽天 任利 谢晶 张安林 严志伟 米欧 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1259-1290,共32页
随着大数据、云计算、人工智能等数字技术的加速演进,各领域智能化、信息化、数字化已成为未来的大势所趋。深地工程作为国家重大战略科技问题,必然面临智能化升级。然而,深部岩体“三高一扰动”的复杂特征给深地工程智能化转型带来严... 随着大数据、云计算、人工智能等数字技术的加速演进,各领域智能化、信息化、数字化已成为未来的大势所趋。深地工程作为国家重大战略科技问题,必然面临智能化升级。然而,深部岩体“三高一扰动”的复杂特征给深地工程智能化转型带来严峻的挑战。为实现深地工程与数字技术的高效融合,研究基于“感知-传送-解译-分析-决策”的智能化实践路径,系统回顾了地下工程中智能感知、实时传输、信息解译、数据分析、智能决策等领域的代表性研究进展,并针对性提出了“多感知、快响应、大数据、优方法、精模型、强平台、易推广”的深地工程智能建造发展方向。研究表明:①前沿的深地工程感知技术包括:光纤传感器、MEMS传感器、计算机视觉、自动化机器人等,待数据采集完毕后,通过兼具配置简单、容错能力强、可移动性好等优点的无线通信协议完成数据的实时响应,以实现深地工程监测数据的精准感知与实时传输;②深地工程原位监测技术获取的数据类型主要包括图像、波、点云等,对原始数据解译及分析的模型众多,采用新一代的人工智能技术,如:人工神经网络和深度学习技术,可显著提高解译与分析的效率;③智能决策系统具备高效的学习能力,能够适应复杂环境下的不确定性,通过循环自主学习,以进行决策问题的智能解答。当前,我国深地工程智能建造的政策与产业体系已基本建立,大量智能建造系统已应用于实践。基于此,从智能感知与信息解译、围岩评价及安全评估、围岩控制与动态修复、平台开发及应用推广等4个方面展望了数智化深地工程的发展方向,进而构建了基于多源信息的深地工程围岩稳定性综合评价与分析系统构想。 展开更多
关键词 深地工程 人工智能 实时响应 信息解译 数据分析 智能决策
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深大槽仓基坑土钉支护工程稳定性监测研究
2
作者 况联飞 覃业双 +2 位作者 吕亚 邵宇 付亚军 《煤炭工程》 北大核心 2025年第9期84-90,共7页
针对超现行规范深大槽仓基坑土钉支护稳定性问题,基于现场实测获得深大槽仓基坑施工期变形与土钉受力一般特征。结果表明由于基坑上部粉细砂层较厚,坡顶个别测点水平位移超出了规范允许的3‰开挖深度限值。土钉轴力随基坑开挖不断增大,... 针对超现行规范深大槽仓基坑土钉支护稳定性问题,基于现场实测获得深大槽仓基坑施工期变形与土钉受力一般特征。结果表明由于基坑上部粉细砂层较厚,坡顶个别测点水平位移超出了规范允许的3‰开挖深度限值。土钉轴力随基坑开挖不断增大,沿土钉长度方向上,上部土钉最大轴力一般出现在中部,而下部土钉最大轴力往往出现在中深部,个别土钉轴力甚至超出了传感器量程的25%,且上部填方工程将进一步加大边坡的滑塌范围。基于此,提出了在不增加总土钉长度基础上的土钉支护优化设计策略,即在增大上部土钉水平间距和适当减小下部土钉水平间距时,能够充分发挥上部土钉的支护性能,减小下部单根土钉支护面积,进而提高整个边坡的安全性。 展开更多
关键词 槽仓 基坑 土钉支护 现场监测 优化设计
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渗流-采动应力耦合作用下深部砂岩力学及能量演化规律研究 被引量：1
3
作者 张培森 王洪伟 +7 位作者 洪荒 许大强 陈增宝 邓云驰 梁展 李金坤 陈文豪 崔乾 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期1997-2010,共14页
煤矿地下灾害的主要诱因是受人为采动与煤炭资源被采出影响而导致围岩发生应力集中以及高强度卸荷,尤其是在围岩受承压水影响时,易失稳破坏,进而致使灾害的发生。基于此,借助Rock Top多场耦合试验仪开展了渗流-采动应力耦合作用下砂岩... 煤矿地下灾害的主要诱因是受人为采动与煤炭资源被采出影响而导致围岩发生应力集中以及高强度卸荷,尤其是在围岩受承压水影响时,易失稳破坏,进而致使灾害的发生。基于此,借助Rock Top多场耦合试验仪开展了渗流-采动应力耦合作用下砂岩力学特性与能量演化规律试验研究。试验结果表明:(1)砂岩全应力-应变曲线可划分为5个阶段,砂岩开始卸荷后,由以轴向变形为主转为以环向变形为主。(2)砂岩的峰值应力随卸荷水平的升高而增大,随渗透压差的增大,砂岩峰值应力因受围岩与水压叠加影响而规律性不明显。(3)砂岩卸荷水平越高,其峰值应力处的轴向应变值越大,高卸荷水平下砂岩的轴向变形更明显;砂岩剪胀角曲线演化规律大致遵循“增―减―增―减”的规律,低卸荷水平下砂岩扩容现象更显著。(4)随初始卸荷水平的升高,砂岩的弹性应变能密度整体呈增大趋势;弹性应变能密度能量分配系数随岩样轴向应变的增加而呈现先增大后减小的规律。(5)砂岩的弹性应变能瞬时能量分配系数随岩样轴向应变增大而呈现“增―减―增”的变化规律;砂岩弹性应变能储能能力在其进入弹性变形阶段后达到峰值,其释能能力在进入残余应力阶段前达到峰值。 展开更多
关键词 水力耦合 力学特性 深部围岩 能量演化 储能能力
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深部破裂围岩-锚杆支护时效特性及巷道长时稳定性分析
4
作者 李娟娟 孟庆彬 +2 位作者 安刚健 戚振豪 宋子鸣 《中国矿业》 北大核心 2025年第9期244-256,共13页
深部巷道围岩在破裂时往往表现出明显的碎胀蠕变特征,锚网喷支护难以有效控制,导致围岩持续大变形或巷道大面积破坏,严重影响矿井的安全高效生产。深部巷道破裂围岩碎胀蠕变控制已是制约深地矿产资源安全开发的突出技术难题,为探究深部... 深部巷道围岩在破裂时往往表现出明显的碎胀蠕变特征,锚网喷支护难以有效控制,导致围岩持续大变形或巷道大面积破坏,严重影响矿井的安全高效生产。深部巷道破裂围岩碎胀蠕变控制已是制约深地矿产资源安全开发的突出技术难题,为探究深部破裂围岩锚固体的蠕变机理与锚杆的长效作用机制,基于经典的Burgers蠕变模型,通过破裂度变量引入非线性黏壶元件,表征深部破裂围岩的非线性蠕变阶段,将弹性元件表征的锚杆与其并联,构建了深部破裂围岩锚固体的非线性蠕变本构模型,选取立方体试样在最后一级应力作用下的应变-时间曲线对深部破裂围岩立方体试样蠕变本构模型进行参数辨识;采用FLAC3D开展了深部破裂围岩巷道长时稳定性模拟分析,得到了深部破裂围岩变形-支护时效特性曲线,分析了不同锚杆长度和锚杆排距情况下巷道围岩与锚杆的时效相互作用,有效证明了深部巷道围岩变形具有明显的时效性,且锚杆、锚索等支护手段可以有效限制围岩的蠕变变形,同时揭示了埋深(应力水平)和侧压力系数(应力状态)对深部破裂围岩巷道变形和锚杆长时受力的影响规律,确定了锚杆在深部巷道的适用工况,表明锚杆支护具有自身的适应性。研究成果可为解决深部破裂围岩巷道长期稳控难题提供理论依据,对深地资源安全开发具有重要的理论指导与工程应用价值。 展开更多
关键词 深部破裂围岩 蠕变本构模型 锚杆支护特征 长时稳定性 数值模拟分析
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基于非结构四面体网格的三维模型瞬变电磁大尺度正演模拟 被引量：2
5
作者 鲁凯亮 岳建华 +3 位作者 樊亚楠 李貅 周建美 齐彦福 《地球物理学报》 北大核心 2025年第1期327-341,共15页
大尺度瞬变电磁三维正演生成的系数矩阵阶数往往高达百万乃至千万级,使用传统数值方法几乎无法同时兼顾计算效率和内存消耗.本文使用重启多项式Krylov子空间技术,结合预处理共轭梯度法,实现了高效的大尺度瞬变电磁三维正演模拟.采用非... 大尺度瞬变电磁三维正演生成的系数矩阵阶数往往高达百万乃至千万级,使用传统数值方法几乎无法同时兼顾计算效率和内存消耗.本文使用重启多项式Krylov子空间技术,结合预处理共轭梯度法,实现了高效的大尺度瞬变电磁三维正演模拟.采用非结构四面体网格对空间离散,使用矢量有限元方法离散控制方程,将瞬变电磁法的阶跃响应表示为矩阵指数函数和一个列向量的乘积.采用重启多项式Krylov子空间技术求解矩阵指数函数,对于给定的重启Krylov子空间维度,利用残差停止准则可以计算任意时刻指定精度的电磁响应.本文方法不需要求解线性方程组,通过GPU(Graphic Processing Unit)并行技术与优化重启多项式Krylov子空间参数,可以显著提高计算效率.通过与其他数值方法对比,验证了本文算法的优势和准确性.最后通过数值算例,表明本文提出的方法完全可以实现超百万级的大尺度三维正演模拟. 展开更多
关键词 瞬变电磁 大尺度三维正演 非结构四面体 重启多项式Krylov子空间 预处理共轭梯度法
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基于控制方程模型降阶和精细积分算法的瞬变电磁三维快速正演 被引量：1
6
作者 鲁凯亮 岳建华 +2 位作者 周建美 苑俊峰 樊亚楠 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第2期491-503,共13页
模型降阶算法因其高效的计算性能在瞬变电磁三维正演领域得到了广泛应用。然而,以往研究针对电磁场的解析表达式进行模型降阶,使用一个大范围特征值构成的对角矩阵替代正演系统,需要预先计算Krylov子空间阶数和最优偏移γ。这种方法导致... 模型降阶算法因其高效的计算性能在瞬变电磁三维正演领域得到了广泛应用。然而,以往研究针对电磁场的解析表达式进行模型降阶,使用一个大范围特征值构成的对角矩阵替代正演系统,需要预先计算Krylov子空间阶数和最优偏移γ。这种方法导致Krylov子空间阶数较大,造成额外的计算成本。针对这一问题,文中提出一种新的模型降阶算法:首先,使用非结构四面体网格有限单元法对关断电流后的瞬变电磁控制方程进行空间离散;然后,根据控制方程系数矩阵和空间分布的初始场向量构建位移逆Krylov(SAI-Krylov)子空间;最后,将原始控制方程投影到SAI-Krylov子空间,即可得到降阶后的控制方程,通过求解小维度控制方程即可快速计算瞬变电磁响应。该算法无需预先指定Krylov子空间阶数,通过优选偏移γ和残差阈值tol,可以避免Krylov子空间阶数过大造成的额外计算成本。典型地电模型的数值计算结果表明,在满足数值精度的条件下,文中方法所需的Krylov子空间阶数更小,对于待求解未知量数目为百万级别的瞬变电磁正演问题,能够实现分钟级的快速求解。 展开更多
关键词 瞬变电磁 控制方程模型降阶 精细积分算法 非结构四面体网格 快速正演模拟
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深部高应力下花岗岩力学损伤的孔隙水压影响 被引量：1
7
作者 云丽 张志龙 +2 位作者 刘洋 张安林 张朝鹏 《实验室研究与探索》 北大核心 2025年第1期158-163,共6页
为探究深地原位环境下孔隙水压力对岩样损伤破坏过程的影响机制,对花岗岩岩样开展了一系列三轴压缩实验,并从力学损伤和能量角度对实验数据进行分析。研究表明,孔隙水压力的劈裂和软化作用显著降低了岩样的整体强度,且劣化作用在损伤应... 为探究深地原位环境下孔隙水压力对岩样损伤破坏过程的影响机制,对花岗岩岩样开展了一系列三轴压缩实验,并从力学损伤和能量角度对实验数据进行分析。研究表明,孔隙水压力的劈裂和软化作用显著降低了岩样的整体强度,且劣化作用在损伤应力处及其附近最为显著;从能量耗散角度分析,孔隙水压力使岩样整个变形过程中用于内部结构损伤劣化的耗散能急剧增加,尤其是变形后期,耗散能的释放速率大幅度提升,破坏使更多的弹性能瞬间转化为耗散能,从而显著增强了岩样的破坏脆性。在涉水工程和深地工程实践中,应充分考虑高孔隙水压对围岩的劣化影响,并采取相应的预防与监测措施,确保工程安全。 展开更多
关键词 深部岩石 高应力 孔隙水压 变形损伤 能量演化
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含CO_(2)水合物泥质粉砂沉积物力学特性:室内实验研究
8
作者 骆汀汀 王奥旺 +8 位作者 王继尧 韩涛 马朝政 张震 尤泽绍 孙翔 李洋辉 宋永臣 杨维好 《天然气工业》 北大核心 2025年第9期188-201,共14页
水合物法CO_(2)封存(HBCS)作为新兴CCUS技术,已展现出巨大的应用潜力和发展前景,但含CO_(2)水合物储层可能因受力变形而引发工程地质灾害,因而研究沉积物的强度、变形等力学特性,对于保障储层安全具有重要意义。为此,基于南海神狐海域... 水合物法CO_(2)封存(HBCS)作为新兴CCUS技术,已展现出巨大的应用潜力和发展前景,但含CO_(2)水合物储层可能因受力变形而引发工程地质灾害,因而研究沉积物的强度、变形等力学特性,对于保障储层安全具有重要意义。为此,基于南海神狐海域水合物储层地质条件,人工合成制备了含CO_(2)水合物泥质粉砂沉积物,并在不同水合物饱和度和有效围压工况下,开展了一系列沉积物三轴剪切实验,剖析了泥质粉砂沉积物强度和变形特性的影响规律。研究结果表明:①CO_(2)水合物饱和度、有效围压的增加均显著提高了沉积物的强度与刚度,25%饱和度下沉积物破坏强度和弹性模量增幅最大可达61.3%和188.0%;②内聚力、内摩擦角均随着水合物饱和度的增加而增加,前者增幅随水合物饱和度的上升而加快,而后者增幅则呈逐级减小的趋势;③剪切过程中含CO_(2)水合物沉积物呈现出初期加速剪缩而后期减速剪缩的趋势,部分沉积物则出现明显的剪胀现象,含高饱和度水合物沉积物的孔隙体积变化最小。结论认为:①所提出的水合物胶结作用与有效围压协同增强机制,揭示了HBCS技术对储层强度和稳定性的双重强化效果;②开展HBCS技术具备较高的科学价值与工程潜力,未来可通过实验—模拟—现场工程验证相结合的方式对高水合物饱和度CO_(2)封存工作展开系统研究和先导实验。 展开更多
关键词 南海 CO_(2)水合物 泥质粉砂沉积物 饱和气法 三轴剪切 强度 变形 水合物饱和度
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深水天然气水合物原位保压保温取样技术
9
作者 付成行 赵乐 +4 位作者 陈领 徐萌 吴晗 秦铂涛 谢和平 《石油钻探技术》 北大核心 2025年第3期146-155,共10页
针对深水天然气水合物取样原位温度、压力维持困难的问题,依据牟合方盖几何原理,选用耐高压、耐低温、耐海水腐蚀且寿命长、抗疲劳的材料,研制出海洋深水原位自触发保压控制器,实现深水天然气水合物取样过程中样品压力稳定。基于传热学... 针对深水天然气水合物取样原位温度、压力维持困难的问题,依据牟合方盖几何原理,选用耐高压、耐低温、耐海水腐蚀且寿命长、抗疲劳的材料,研制出海洋深水原位自触发保压控制器,实现深水天然气水合物取样过程中样品压力稳定。基于传热学基本原理,研发了多种主动和被动保温技术,利用自主研发的控温系统,耦合半导体制冷、相变潜热储能和空心微珠复合材料3种保温方案,形成了一种新型复合保温技术,满足了深水天然气水合物取样过程中的样品保温需求。基于保温保压取样关键工具和技术研究成果,研制了贯入式深水天然气水合物原位保温保压取样器,并利用载人深潜器完成2次海试作业,均成功获取了保持原位温度、压力的深水沉积物(天然气水合物)样品。研究结果为深水天然气水合物的安全、高效开发提供了关键技术支撑,也将有力推动深水原位保压保温领域的科研工作与工程实践。 展开更多
关键词 天然气水合物 原位保压 原位保温 深水取样 取样器 现场试验
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主余震序列荷载作用下地铁车站离心机振动台模型实验设计
10
作者 袁丽 崔振东 +2 位作者 张隆基 王苏扬 任国锋 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第5期97-104,共8页
目前关于地下结构地震响应的研究中,往往只考虑单次地震的影响,而实际上地震灾害大多伴随着余震的发生,余震对结构造成的增量损伤不容忽视。该文基于相似理论,推导了离心模型与原型的相似关系并构造了主余震序列,设计了主余震序列作用... 目前关于地下结构地震响应的研究中,往往只考虑单次地震的影响,而实际上地震灾害大多伴随着余震的发生,余震对结构造成的增量损伤不容忽视。该文基于相似理论,推导了离心模型与原型的相似关系并构造了主余震序列,设计了主余震序列作用下地铁车站的离心机振动台实验并开展了实验研究。研究发现,余震的再次激励会导致车站顶板开裂以及中柱端部出现严重剪切破坏,中柱变形协调能力不足是影响地铁车站整体抗震性能的薄弱环节。相比饱和砂土场地,干砂场地中的地表沉降及地铁车站结构的破坏更为严重,砂土场地液化会阻碍地震剪切波的传播并减弱车站结构的动力响应。该研究成果为地铁车站结构的抗震设计提供了理论依据,同时丰富了土动力学实验教学案例。 展开更多
关键词 离心机振动台 地铁车站 主余震序列 地震响应 模型实验
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基于相似变换法的半无限空间饱和土一维热固结解析解
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作者 韩涛 周扬 卢萌盟 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第5期1055-1063,共9页
针对半无限空间饱和土在表面外荷载及变温作用影响下的一维热固结过程,考虑两类传热及渗流边界条件,给出了温度及超静孔压耦合演化过程的基本方程。引入组合变量对耦合方程进行了解耦,应用相似变换法获得了组合变量在半整数次幂函数边... 针对半无限空间饱和土在表面外荷载及变温作用影响下的一维热固结过程,考虑两类传热及渗流边界条件,给出了温度及超静孔压耦合演化过程的基本方程。引入组合变量对耦合方程进行了解耦,应用相似变换法获得了组合变量在半整数次幂函数边界条件下的通解,并基于该通解构建了任意幂级数形式荷载及边界条件下温度与超静孔压的解析解答。通过文献进行了对比验证,随后应用本解答计算分析了半无限空间饱和土在表面正弦温度及热流边界作用下土中温度及超静孔压的耦合响应特性,结果表明:土体变形功项对传热方程贡献很小,对温度及超静孔压演化的影响基本可以忽略;固结方程中温度化率项系数为正值时,温度变化会引起相反趋势的超静孔压变化,而该系数为负值时,温度变化则会引起相同趋势的超静孔压变化。 展开更多
关键词 热固结 半无限空间 饱和土 解析解 相似变换
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深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究 被引量：9
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作者 孟庆彬 宋子鸣 +4 位作者 刘滨 黄炳香 浦海 王从凯 辛学奎 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期23-36,共14页
收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程... 收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。 展开更多
关键词 深部巷道 收敛-约束法 围岩-支护相互作用 巷道支护
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深层环境下固井水泥水化放热特性及井周温度场演化规律研究 被引量：2
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作者 刘忠飞 刘江峰 +4 位作者 王孝亮 张耀晖 袁中涛 张子灏 李致宏 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2024年第3期161-169,共9页
塔里木盆地已建成我国最大的超深层油气生产基地,深层环境会对水泥水化放热特性产生一定的影响,研究深层环境下水泥水化放热及传热特性对明确井周温度场演化规律至关重要。文章首先根据现场实测资料建立了塔里木油田近井和远井地层温度... 塔里木盆地已建成我国最大的超深层油气生产基地,深层环境会对水泥水化放热特性产生一定的影响,研究深层环境下水泥水化放热及传热特性对明确井周温度场演化规律至关重要。文章首先根据现场实测资料建立了塔里木油田近井和远井地层温度方程,根据不同地层深度的温度分布情况,开展了不同温度下G级水泥水化放热实验,基于Krstulovic-Dabic(K-D)经典水化动力学模型,结合水泥成核结晶与晶体生长、相边界反应以及扩散三过程反应特征推导了不同温度下水泥水化放热预测曲线,进一步推导了套管-水泥环-地层热传导模型,并将放热曲线作为热源代入到有限元模型中,得到了不同井深的套管与水泥在水化放热与高温地层的共同作用下温度场的变化情况。研究结果可为下一步分析有限局部空间的温度场变化对地层压力和套管变形影响提供技术支持。 展开更多
关键词 塔里木油田 水泥水化放热 套管—水泥环—地层热传导模型 井周温度场
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深地科学与深地工程技术探索与思考 被引量：49
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作者 谢和平 张茹 +5 位作者 张泽天 高明忠 李存宝 何志强 李聪 刘涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3959-3978,共20页
21世纪的深地科学进入了新的发展阶段,深地科学规律尚未探明,深部工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性,地球深部内源动力、结构演变规律、致灾机理等仍待进一步认知。因此首先从地球科学的视角定义了深地科学:以地球... 21世纪的深地科学进入了新的发展阶段,深地科学规律尚未探明,深部工程活动普遍存在着一定程度的盲目性、低效性和不确定性,地球深部内源动力、结构演变规律、致灾机理等仍待进一步认知。因此首先从地球科学的视角定义了深地科学:以地球浅层以深的深层和超深层为研究对象,旨在探索地球不同层圈和不同赋存深度(深层和超深层)科学奥秘;理清了深地科学与地球科学的区别与联系:即深地科学是在已知地球科学知识体系上的延伸,是拓展科学视野、深化地球认知的国家战略科技方向,包含于地球科学;定义了深部与深地工程科学的本质:即针对现有浅部工程的科学规律与技术无法适用于深部工程的难点,探索深部工程相关科学规律,突破深部工程关键基础科学问题,匹配人类在深部工程活动中的地灾防控需求,进而指导深部资源安全高效绿色开发、深部工程空间有效利用。提出深地工程技术定义,即指人类为利用地球、开发地球所需要的工程实施技术与装备,为探索深地科学规律、开发深地工程必需的理论与技术手段。最后,进一步明确了深地科学的研究内容与规划,以及深地工程技术内涵与攻关方向(即深地工程岩土力学与灾变机理、超深井智能建造与能源资源高效开采、深地隧道与巨型洞室群智能建造、深地工程灾害智能防控与健康运维),以期促进深地科学领域的发展。 展开更多
关键词 深地科学 深部工程科学 深地工程技术 地球科学
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考虑氯离子侵蚀的深层隧道地震易损性分析
15
作者 管民生 张静 +1 位作者 李渊 陈湘生 《深圳大学学报（理工版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期720-729,I0009,共11页
氯离子侵蚀对隧道的抗震性能产生不利影响,研究隧道在侵蚀环境下的地震易损性对全寿命周期的抗震评估至关重要.为了量化分析隧道长期在氯离子侵蚀作用下抗震性能的退化趋势,基于地震易损性理论,结合考虑氯离子侵蚀影响的混凝土和钢筋强... 氯离子侵蚀对隧道的抗震性能产生不利影响,研究隧道在侵蚀环境下的地震易损性对全寿命周期的抗震评估至关重要.为了量化分析隧道长期在氯离子侵蚀作用下抗震性能的退化趋势,基于地震易损性理论,结合考虑氯离子侵蚀影响的混凝土和钢筋强度时变模型,分别选取峰值地面加速度和隧道直径变形率作为地震动强度指标和结构损伤指标,通过采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法进行时程分析,深入探讨了深层隧道的地震易损性,得到了不同服役时间及不同损伤状态下的地震易损性曲线.结果表明:在相同的服役时间和地震动强度下,轻微损伤的发生概率最高,其次是中等和严重损伤;在相同的损伤状态和地震动强度下,随着服役时间的延长,氯离子侵蚀导致隧道抗震性能下降,损伤概率上升;在轻微损伤状态下,当峰值地面加速度为0.30g且服役达100 a时,损伤概率是服役初期的2.39倍.研究结果可为深层隧道的抗震设计提供科学依据. 展开更多
关键词 隧道工程 深层隧道 地震易损性 增量动力分析 氯离子侵蚀 时变模型
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深部煤层原位保压保瓦斯取心技术装备及初步应用 被引量：8
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作者 高明忠 宋杰 +6 位作者 崔鹏飞 李永程 李聪 李佳南 刘贵康 游镇西 史晓军 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期143-154,共12页
深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”... 深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心,需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量,难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”学术思想,开发了深部煤层原位保压保瓦斯取心技术,研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取心器,并基于三维数值仿真对取心器外管、保压舱体结构与关键薄弱部件进行了强度校核。同时,依托自主研发的保压取心实验室模拟测试平台,测定并分析了保压控制器的保压能力,通过煤矿现场试验验证了取心器的可靠性。研究结果表明:自主研制的取心器具有保压能力强、保压时间长、防扰动性能稳定等优势;取心器在内部流体压力20 MPa和1000 N m扭矩作用下等效应力为121.1 MPa,远小于材料屈服强度,满足强度设计要求;取心器在20 MPa荷载作用下等效应力为63.9 MPa,满足强度设计要求;取心器整体在19.4 MPa压力条件内可持续稳定运行,可以满足大部分深部煤矿瓦斯测试需求;现场测试表明保压保瓦斯取心器的保压控制器闭合情况良好,现场取心率达100%。研究成果可为深部煤层瓦斯含量精准测定奠定理论、技术和装备基础,对于煤矿瓦斯灾害防治和煤层气勘探开发具有重要意义。 展开更多
关键词 深部 瓦斯 保压保瓦斯 保压取心 瓦斯含量 煤层气开发
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深部原位应力环境下岩心饼化响应特征及反馈机制初探 被引量：1
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作者 高明忠 何坤宸 +6 位作者 叶思琪 谢晶 杨本高 李飞 郝海春 刘军军 杨尊东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1845-1859,共15页
地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通... 地应力数据是一切深部工程的基础,传统测量方法获取的深部地应力信息效率低且未形成统一的规程规范,理论多是建立在诸多假设基础上,准确性难以评估。深部高地应力区通常有比较明显的岩心饼化特征,且不同应力环境产生的饼化形貌各异,通过岩心饼化反演地应力有望作为一种科学经济、方便快捷的地应力推算方法。试图通过探究深部原位应力条件下岩心饼化行为的力学机制,定义二维条件下的饼化烈度系数,以期实现基于岩心饼化特征计算原位地应力。以松辽盆地松科二井不同深度饼化岩心为研究对象,利用三维数据形貌采集系统获得了饼化岩心的宏观形貌,采用X射线衍射和岩相薄片等测试手段,分析得到了饼化岩心的矿物成分和微观结构;同时,基于离散元分析了不同应力条件下岩心的饼化行为力学机制。结果表明:松科二井饼化岩心形貌特征可分为破碎状、薄饼状、厚饼状、不规则状、半饼化状5类,端面断口形态包括错台状、平面状、灯盏状和花瓣状;岩饼的形貌特征与其埋藏深度、硬质矿物含量和破坏模式有较强的关联性;岩心饼化行为主要受到张拉应力控制,其裂隙起裂一般起始于岩心根部,由外向内向下呈凹陷状或平面状贯通岩心。水平主应力是影响岩心饼化行为的第一要素,高水平主应力能够诱发剧凹状的岩心断口和较宽的带状拉裂纹,垂直主应力是影响岩心饼化的次要因素,一般会抑制饼化行为的发生;钻进过程中岩心饼化行为的发生伴随着能量的规律性变化,其中总应变能呈阶梯状下降,耗散能呈对应的阶梯状上升,且总应变能的瞬时释放是造成岩心饼化的主要原因。研究成果有望为岩心饼化反演地应力提供新思路和有益借鉴。 展开更多
关键词 岩心饼化 松科二井 颗粒离散元 宏细观特征 破坏模式
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基于计算机视觉的深部软岩巷道变形破裂特征试验研究 被引量：1
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作者 赵万勇 李元海 +1 位作者 于恒 徐晓华 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3457-3468,共12页
巷道破裂围岩大变形是深部煤炭开采过程中围岩稳定性控制的难点。针对该问题,本文通过大比例相似模型试验,采用自主研发的计算机视觉量测系统进行围岩全场精细化变形测量和破裂识别表征,探究了深部巷道围岩的碎胀变形演化特征。研究结... 巷道破裂围岩大变形是深部煤炭开采过程中围岩稳定性控制的难点。针对该问题,本文通过大比例相似模型试验,采用自主研发的计算机视觉量测系统进行围岩全场精细化变形测量和破裂识别表征,探究了深部巷道围岩的碎胀变形演化特征。研究结果表明:裂隙的数量、长度和面积发育演化可分为径向裂隙发育和环向裂隙发育2个阶段;巷道围岩变形存在位移变化不一致现象,径向裂隙发育阶段以竖向位移为主,环向裂隙发育阶段以水平位移为主;在荷载作用下,有无支护结构巷道围岩均会发生剪切破坏,支护结构能够有效限制剪切破坏后围岩块体相互滑移错动,减小巷道的碎胀变形;深部巷道围岩变形破裂演化具体表现为巷道围岩沿结构面发生剪切破坏,产生径向裂隙切割围岩体;随荷载增加,围岩块体发生错动滑移,产生环向裂隙进而产生碎胀变形。 展开更多
关键词 深部巷道 模型试验 计算机视觉 碎胀变形 裂隙演化
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深部强矿压矿井煤层覆岩爆破卸压机理研究 被引量：1
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作者 王永军 孟凡贞 +4 位作者 吕文茂 张垚 赵春虎 钟林华 胡东祥 《中国矿业》 北大核心 2024年第S02期325-329,共5页
为实现深部矿井开采强矿压的高效治理,本文提出首先在煤层覆岩顶板布置“U”型巷道,然后对“U”型巷道中间的岩层进行集中爆破卸压的强矿压治理方案。以西北矿区某深部强矿压矿井为研究背景,在两种岩性的坚硬顶板中,各设计了两种不同埋... 为实现深部矿井开采强矿压的高效治理,本文提出首先在煤层覆岩顶板布置“U”型巷道,然后对“U”型巷道中间的岩层进行集中爆破卸压的强矿压治理方案。以西北矿区某深部强矿压矿井为研究背景,在两种岩性的坚硬顶板中,各设计了两种不同埋深的“U”型巷道布置方案,分别是埋深-800 m、-825 m和埋深-850 m、-875 m。研究结果表明,采用“U”型巷道岩层爆破后,煤层采动过程中的采场应力、位移均有所减小。而“U”型巷道爆破卸压效果不仅与相对层间距有关,还与“U”型巷道所在岩层的岩性有关。在岩层岩性相同的情况下,“U”型巷道与下煤层的相对层间距越小,采场爆破卸压效果越好。 展开更多
关键词 强矿压 "U"型巷道 埋深 爆破卸压 卸压效果
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深地页岩储层聚能射流侵彻及损伤致裂机理研究 被引量：2
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作者 罗宁 柴亚博 +2 位作者 牟恭雨 王一鸣 王路伽 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第5期179-189,共11页
为研究地应力对聚能射流侵彻页岩储层的影响,建立了聚能射流侵彻不同围压页岩的准二维模型,采用动态松弛法加载页岩围压分别为0、10、20、30 MPa,分别从射孔深度、页岩孔裂隙形成规律特征和监测点应力变化等方面系统性分析了射流侵彻下... 为研究地应力对聚能射流侵彻页岩储层的影响,建立了聚能射流侵彻不同围压页岩的准二维模型,采用动态松弛法加载页岩围压分别为0、10、20、30 MPa,分别从射孔深度、页岩孔裂隙形成规律特征和监测点应力变化等方面系统性分析了射流侵彻下的页岩损伤致裂机理。研究结果表明:聚能射流侵彻页岩后损伤区域可以分为完全破坏区、压剪破坏区、拉伸破坏区,围压增加造成破坏区域减小。围压对于页岩射孔深度和损伤致裂效果具有明显影响,无围压下页岩的侵彻深度为600.3 mm,10、20、30 MPa围压下页岩的侵彻深度分别减小至524.3、454.3、446.1 mm,减小幅度分别为12.66%、24.32%、25.69%,更高的围压对页岩孔周裂隙的发育和损伤具有更明显的抑制作用。页岩射孔过程中的峰值压力随着与孔道中心距离增大而快速减小,且衰减速度逐渐由快减慢;随着与侵彻起点距离增大而逐渐减小,减小趋势近似为线性;相同监测点峰值压力随围压增大呈现明显的增加趋势。 展开更多
关键词 侵彻损伤 页岩储层 高地应力 本构模型 数值模拟
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