Technical Papers and Presentations

瓦斯与煤自燃复合共生灾害是多尺度、多时度和多物理过程耦合作用的结果，本文开展了井下煤层和采空区松散体等裂隙场中瓦斯与煤自燃共生环境下多场耦合致灾理论的研究，建立了瓦斯与煤自燃复合致灾的判定准则和瓦斯抽采安全度模型，理论揭示了易自燃煤岩体裂隙场瓦斯抽采过程中，CH4浓度场、O2 浓度场和温度场多场交汇致灾过程和控制机理。进一步，基于comsol with matlab软件，集成了瓦斯与煤自燃耦合作用的多模块模型，开发了煤矿煤层、采空区跨尺度裂隙场瓦斯与煤自燃复合共生多场耦合模拟软件，成功应用于煤层和采空区瓦斯抽采案例，获得了瓦斯抽采中煤层和采空区区域安全度的动态演化 ... Read More

Differential Acoustic Resonance Spectroscopy (DARS) was developed to examine changes in the resonant frequencies of a cavity perturbed by the introduction of a centimetre-sized sample. This laboratory-based measurement technique fills an experimental gap between the low-frequency stress ... Read More

Opalinus clay is currently being proposed as a potential host rock for radioactive waste repository in deep geological formation. It is then important for performance assessments to understand the transport properties of such rocks. Clay materials are characterized by low hydraulic ... Read More

本文提出了一种复合材料纤维排列的随机结构建模方法。该方法使得对纤维束中纤维单丝层面的随机排列结构对渗透性和流动特性的影响等研究成为可能。本文考虑了四个参数，包括三个微观结构参数：纤维束中域的边长L、纤维单丝半径值波动范围△R、纤维单丝间最小间距δmin和一个宏观参数：孔隙率ε。对纤维随机排列的多孔介质横向饱和流动进行了有限元分析，并采用Morris全局灵敏度分析（GSA）方法，研究了四个参数对渗透率的影响。结果表明宏观参数气孔率ε对纤维增强材料的渗透性能影响最大。 Read More

考虑煤层瓦斯抽采引起的漏气与氧化升温特性，建立了煤体变形、基质瓦斯解吸-扩散、裂隙空气-瓦斯混流和煤氧化热能量传输等多场耦合的瓦斯抽采新模型。基于comsol软件数值模拟了煤层瓦斯应力-变形-渗流的多过程行为，研究结果通过已有的研究成果得到验证，证明了模型的有效性和优越性。应用该模型对甲烷脱附扩散时间、煤的渗透性、泄漏压差、煤的氧化反应热、煤的氧化速率等因素对自热敏感性进行了定量分析。模拟结果表明: (1) 煤渗透率的演化主要由瓦斯解吸引起的煤基质收缩和煤自燃升温引起的煤膨胀之间的竞争作用所决定。然而，裂隙中多组分气体的流动不仅与煤的渗透率相关 ... Read More

预制装配式综合管廊具有工期短、成本低、质量高及占地少等诸多优势，目前对复杂工况下预制管廊结构以及管节连接处的受力性能还缺乏深入分析。为研究装配式预制综合管廊结构及其连接特性，以北京市通州区某文化旅游区预制综合管廊为研究背景，结合装配式综合管廊工程的施工过程，采用COMSOL有限元分析软件建立三维数值模型。管节与管节之间采用平口通缝拼装形式，构件纵向使用弧形螺栓连接，借助软件内置的螺栓组件模拟管廊纵向连接。建立管节安装、回填、运营三种工况，对管廊混凝土结构和连接螺栓的变形和受力进行分析，并提出结构存在安全隐患的区域和可能存在的破坏模式。 Read More

随着城市化的发展，城市下垫面的改造引起城市微气候的改变,比如温度、风速等，这些参数主要受建筑结构、材料、排列方式的影响,在夏季，城市地区温度比周围乡村地区温度高，这种现象也称为城市热岛效应，在全球范围内，这种热岛强度（城乡空气温度差）范围从0.6℃到12℃不等。城市热岛影响人的舒适性和健康，也会加大城市的能源消耗，因此，减少城市多余热量是城市规划者需要考虑的重要因素。此模型采用解决空气与建筑表面和地面热对流传输的CFD模型和解决建筑表面和地面与天空之间短波和长波辐射交换的RAD模型，CFD模型采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程，考虑热效应的影响 ... Read More

掌握工作面动态推进下长壁采空区煤自燃过程的演变规律，是有效遏制井下采空区火灾的关键。采空区煤自热过程涉及到气体与固体煤之间一系列复杂的相互作用，以及煤层开采引起的采空区渗透率的动态演化。本文建立了固体煤与气体之间的气体组分流动与输运、以及传热过程的瞬态耦合模型，定量研究了煤在采空区环境下自热演化过程。采用comsol 对某矿采空区温度场、气体运移场以及多组分气体浓度进行了数值模拟，模拟结果与某矿的采空区监测温度和氧气浓度参数相吻合。采用验证后的模型对工作面通风量、通风阻力、工作面推进速度等敏感性参数进行数值模拟研究。结果表明:(1 ... Read More

借助数值模拟技术及煤层气排采经验分析排采过程中流体流动运移规律，能够为煤层气井智能排采提供技术支持。本文以某煤层气井地质与开发工程为基础，借助COMSOL软件构建求解数值模型，实现了煤层气排采动态分析及排采制度优化。取得以下主要研究成果： （1）采用含压裂裂缝的Warren-Root物理模型，以达西渗流理论知识为基础，建立了封闭可求解的煤层气排水降压数学模型。 （2）利用二维面和三维长方体叠加的混合法构建压裂裂缝，利用混合法求取边界流量，解决裂隙通量计算误差，提高了计算效率和流量统计准确率。 （3）以参数化扫描研究方法为基础，优化了该井的排采制度 ... Read More

随着城市地铁规模的不断发展，冻结法在地铁联络通道施工中得到了广泛应用。为了得到郑州地铁3号线联络通道冻结壁厚度达到2m时的合理的冷媒温度和冻结时间，了解开挖隧道对地层稳定性的影响。首先基于非饱和土渗流理论和能量守恒原理，考虑冰水相变对温度场的影响，建立了非饱和土水热耦合控制方程；然后基于热力学和热弹性力学理论，建立考虑相变过程的热力耦合控制方程；最后采用COMSOL有限元中的PED模块和固体力学模块实现温度场、水分场和位移场的三场耦合。分别设置冷媒温度为-20℃、-25℃、-30℃和-35℃，分析冻结过程中地层温度场的分布及发展规律，研究人工冻结过程中冻胀量的变化规律 ... Read More