摘要：保压控制器作为深部煤炭原位保压取心器的核心部件,其密封设计对保压取心效果有着决定性作用。为了获取最优的密封结构方案,本文建立了保压控制器密封结构二维轴对称非线性接触模型,通过正交试验分析不同凹槽设计、锥角选型及摩擦因数对密封性能的影响,并研究不同闭合阶段、介质压力下密封圈各应力变化情况。结果表明:1.9 mm凹槽深度的30°锥角保压控制器密封效果最优;摩擦因数对密封性能的影响较小,应根据实际情况选择尽可能小的摩擦因数;室内打压试验结果表明保压控制器在较小预紧力作用下即可形成密封,且其密封性能随密封压力的升高仍维持稳定,该自适应密封特性保证了其密封能力与工作稳定性。研究成果提高了深部煤矿保压保瓦斯取心器的密封可靠性,对实现深部煤矿瓦斯精准测定具有重要工程意义。

摘要：气动式清淤方案作为一种环保的清淤方式,工程应用范围广。目前对其工程适应性和优越性的认识大多处于宏观层面,系统的研究较为缺乏。通过在古城水库开展气动式清淤试验,并基于MIKE3软件建立清淤作业施工扰动的污染物源强度与输移扩散数值模型,对清淤方案进行定量评价,为气动式清淤方案设计提供参考。模拟结果表明:污染物源强度与单次清淤厚度、刀片速度、底泥中污染物质量比重等参数具有定量关系;在气动式清淤作业结束之后的8 h内水体经自我恢复后能达到Ⅲ类水质标准,16 h内能基本恢复至Ⅱ类水质标准。由此可看出气动式清淤方案对水库水质影响较小,满足环保要求。

摘要：传统煤层勘探方式采用开放式取心工具获取煤样,并通过理论估算的方式计算损失气。导致所测得的煤样含气量普遍偏低,严重制约煤层气开发利用,影响煤矿安全开采。为满足深部煤层勘探需要,创新设计了一款煤层地面井保压取心工具,工具总长6.7 m,单次可取保压煤心样品3 m。为提高深部煤层保压取心可靠性和成功率,构建了孔底液体环境下保压控制器闭合轨迹模型,并通过实验测试和理论推导获取了控制器触发弹片弹力转矩的变化曲线。为验证闭合轨迹模型的准确性,了解保压控制阀盖在钻井液环境下的翻转闭合过程,进行了保压控制器触发闭合室内实验。结果显示,实验所测得阀盖运行轨迹与理论计算结果的偏差小于5%,验证了模型的准确性。在此基础上,优化了煤层地面井保压取心工具内保压控制器触发系统,并在深度为30 m的试验井下,密度1.1 g/cm^(3)、黏度60 s的膨润土基泥浆环境中进行了8次孔底抽拉触发实验,保压控制器均能稳定闭合,成功率为100%,并能保证压力在14 MPa时连续工作至少350 min无泄漏,证实了保压控制器触发系统的可靠性。本文所建立模型可以实现井下保压控制器运行轨迹预测,进而可以针对不同钻井液体系设计、优化触发系统,从而提高深部煤层保压取心成功率。

摘要：为探讨颗粒形状对粒状材料的颗粒破碎演化规律及强度特征的影响,提出了一个新的粒状材料颗粒形状量化参数,设计了一种考虑三维颗粒形状的人工试样制备方法,随即进行了常规三轴压缩试验,并分析了颗粒破碎和强度特征,最终建立了一个二元介质强度准则,具体的研究成果为:建立颗粒形状量化参数——球形模量G_(M),在此基础上制备了5种不同形状的可破碎粒状材料三轴试样,并发现球形模量影响着粒状材料的三轴压缩强度特征;通过筛分确定试样的颗粒破碎情况,对试样的颗粒破碎演化规律和临界状态进行探讨,发现颗粒形状通过影响颗粒破碎规律而控制着宏观强度的非线性演化特征;以二元介质理论为基础,建立了考虑颗粒形状的可破碎粒状材料强度准则,并通过试验对其适用性进行了验证。

摘要：保压控制器是深部煤矿保压保瓦斯取心装备的核心部件,其保压能力与密封性能是保压保瓦斯取心技术的关键。针对保压控制器仅由重力提供初始密封力时,初始密封比压较小、密封性能差的问题,设计了一种保压取心触发装置,以期为保压控制器实现密封提供初始密封比压。采用动力有限元对该触发装置工作过程进行数值仿真,并根据仿真结果对保压取心触发装置进行优化,之后对优化后的保压取心触发装置进行室内实验。结果表明:优化后的保压取心触发装置可为保压控制器实现密封提供足够的初始密封比压,且不影响保压控制器的保压能力,可满足井下瓦斯压力的维持。同时,为了检验保压取心触发装置在整套装备中的应用效果,开展了保压保瓦斯取心现场试验,试验测试过程中保压取心触发装置运行平稳,并成功取得保压煤心样品,验证了保压取心触发装置功能的可靠性。

摘要：地震对土石坝的危害已经为工程界所广泛认识和重视,尤其"5.12"汶川大地震后,西部强震区土石坝的抗震安全性已成为人们普遍关注的关键技术问题。论文结合东风水库土石坝工程,基于动力分析中的等效线性模型,采用三维非线性动力有限元法,对心墙土石坝进行了地震反应分析,揭示坝体动应力、动应变、加速度、残余变形等分布规律,对土石坝的抗震安全性进行评价,为工程的除险加固设计提供了参考依据。

摘要：对某高土石坝(最大坝高258 m)的8种筑坝料进行了系统的试验研究,通过大三轴试验分析高应力状态下它们的应力-应变-强度特性。结果表明:堆石料的粘聚力c确实存在,而以往认为c=0,所以建议工程中适当取值;坝料抗剪强度呈现明显的非线性;各种坝料变形性质较协调;据邓肯-张模型参数的物理意义,改变传统的取值方法,取不同坐标范围的轴应变εa(如εa=20%,5%,3%,1%)绘图,在尽可能小的εa处求取a(或Ei),在较大的εa范围内求取b。克服了传统方法在一条直线上同时确定2个物理意义完全不同的参数a和b,而无法满足精度要求的缺陷。得到不同坐标范围的邓肯-张模量参数a(或Ei)和b及对应k,n和Rf值,并与常规方法取值综合比较,提出模型参数建议值,通过回归证明拟合较好,为该工程设计计算提供力学参数,为类似工程特别是高土石坝的本构模型参数整理提供了思路。

摘要：瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标,而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况,基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术,为提高保压煤样的采取率,研制了保压触发装置,系统设计了装置的密封保压单元、液压驱动模块和捞矛头与水平打捞器连接-脱卡机构等关键部件。搭建了保压触发装置工作性能地面试验系统,对装置性能进行试验研究。结果表明:在保压控制器阀盖5个典型的翻转方向工况下,保压触发装置的各功能模块均稳定运行,保压控制器均完成了翻转闭合;同时,钢丝绳顺利从取心钻杆内取出,有效防止取心器从孔底提至孔口过程中钢丝绳缠绕,避免引起设备故障。采用电动试压泵对已完成工作性能试验的取心器保压舱进行打压测试,结果表明:在最高压力为4.1 MPa条件下,压力表读数稳定,取心器保压舱内带压流体不发生泄漏,表明保压触发装置可触发取心器的密封保压功能。最后,在煤矿井下实际条件下对装置性能进行试验,结果表明:保压触发装置可在煤层实际工况下稳定实现取心器的密封保压功能,煤样采取率高达90%。保压触发装置的研发可促进煤矿水平保压取心技术的发展,对煤层瓦斯含量的精准测定具有重要意义。

摘要：位于小底坡、低佛氏数泄洪洞上的掺气坎,其体型设计往往存在较大难度。为了查明小底坡、低佛氏数泄洪洞掺气坎体型优化设计的一般规律,采用大比尺的模型试验,对三维掺气坎进行了系统研究。小底坡上的掺气坎,可用过坎射流最高点至底板的距离Tmax和空腔回水作为其体型优化的主要目标,良好的掺气坎应使空腔回水最少时Tmax也较小。试验结果表明:Tmax的主要影响因素为平均坎高及掺气坎横断面的型式,平均坎高愈小,Tmax愈小;横断面为凸型的凸型坎,可以减弱出射水流横断面上水面线的凹形分布,能使Tmax相对较小;空腔回水的主要影响因素为平均坎高及坎高差,适当增加平均坎高及横向坎高差,对消除空腔回水有利;在小底坡掺气坎体型优化中,三维掺气坎较二维连续坎有明显的优势,特别是凸型坎,容易达到空腔回水少,同时Tmax也较小的优化目标。

摘要：通过对结构性黏土的研究可以掌握天然土受荷过程中的变形破坏过程,从而为考虑土结构性的结构物的设计、地基加固等提供依据。近年来随着高、深和大型建筑的兴建,结构性黏土的研究变得尤为重要。天然土都具有结构性和各向异性。发展了一种能够考虑初始应力各向异性影响的结构性土的人工制样方法。通过对原料粉质黏土中添加水泥形成颗粒之间的胶结作用,添加盐粒并溶解后形成大孔隙组构分布和在水化过程中的侧限应力状态的结构性土样的端部施加竖向荷载,从而人工制备了具有初始应力各向异性的结构性土样。然后对初始均质结构性土样、初始应力各向异性结构性土样和重塑土样进行了三轴固结排水剪切试验,初步分析了初始应力对结构性土样的应力-应变特性的影响和初始应力各向异性结构性土的破损机制。