礦巖散體流動時空演化規(guī)律及仿真模型研究

在采礦工程中，礦巖散體流動的規(guī)律和仿真方法是礦業(yè)理論研究領(lǐng)域的重要研究方向，本項目通過研究九塊模型流動規(guī)律，分析了礦石松散性與放出體之間關(guān)系和散體流動概率賦值模式，提出了新的概率賦值方式，即引入散體流動概率分析系數(shù)m，通過對參數(shù)m賦以不同的數(shù)值即可改變九塊模型的概率分布，解決放出體的不同形態(tài)問題，這一方式大大簡化了概率賦值過程，同時在此基礎(chǔ)上研發(fā)了三維放礦仿真系統(tǒng)（SLS）；在研究九塊模型和假定礦巖具有開爾文流變性質(zhì)的前提下，建立了散體移動時空演化模型，很好的解決了冒落散體流動的時間空間關(guān)系，并給出具有時間因素 的空間散體移動的概率分布公式，給出反演估計 值的兩種方法；露天礦中地下采空區(qū)的存在直接影響作業(yè)人員與大型設(shè)備的安全生產(chǎn)，其頂板安全厚度的確定是一直未能得到很好解決的難題。基于四邊固支矩形薄板的納維葉解法，分別導出了均布載荷與集中載荷作用下的撓度方程與應(yīng)力表達式，分析得到四邊固支矩形板在均布載荷和集中載荷作用下的高應(yīng)力主要出現(xiàn)在板的中心以及長邊的中點處，影響應(yīng)力的因素主要包括厚度、載荷大小、板的尺寸以及泊松比。依據(jù)第一強度理論建立均布載荷和集中載荷共同作用下的頂板安全性控制方程，并求解得到其安全臨界頂板厚度。為了進一步弄清頂板破壞機制，采用ABAQUS有限元分析軟件建立采空區(qū)頂板的數(shù)值模型并進行計算。通過數(shù)值模擬對采空區(qū)頂板進行應(yīng)力、應(yīng)變、及頂板位移的塑性分析，得到了不同頂板厚度、不同采空區(qū)跨度等因素對應(yīng)力場，位移場的影響規(guī)律和采空區(qū)頂板安全厚度與采空區(qū)跨度的回歸曲線及方程。在基金資助的三年內(nèi)，專利1項，發(fā)表6余篇論文，其中已收錄代發(fā)表SCI檢索論文1篇，EI檢索1篇，培養(yǎng)在讀研究生2名。 2100433B

在采礦工程中，礦巖散體流動的規(guī)律和仿真方法是礦業(yè)理論研究領(lǐng)域的重要研究方向。本項目在物理實驗的基礎(chǔ)上，基于巖石流變性質(zhì)，建立巖層移動的力學本構(gòu)方程，結(jié)合隨機理論，研究散體流動時空演化規(guī)律，建立散體流動時空演化仿真模型，給出下沉系數(shù)與時間影響系數(shù)定義與計算方法，在深層次上對礦巖散體的流動空間過程和時間因素進行反演研究，探求散體流動機理和時空演化仿真模型之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時，利用大規(guī)模并行計算技術(shù)，在計算機上實現(xiàn)散體流動規(guī)律模擬，從而可以對散體流動的時空演化規(guī)律進行更深入、更廣泛的研究。本項目的研究成果將促進多維空間下散體流動規(guī)律的研究，對于研究解決采礦工程中涉及散體流動方面的工程問題也具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

隨著我國水電站數(shù)目逐漸龐大、梯級水力水利聯(lián)系日益緊密、航運和生態(tài)環(huán)境綜合利用要求愈加復雜等問題的出現(xiàn)，水電系統(tǒng)短期優(yōu)化調(diào)度面臨日負荷時空變化規(guī)律不夠明晰、維數(shù)災難以解決等科技難題。本項目擬采取以水電站為本、遵循自下而上（水電站-梯級-流域-水電系統(tǒng)）的研究思路，提出日負荷模型概念，并圍繞日負荷模型結(jié)構(gòu)和時空特征參數(shù)關(guān)聯(lián)機制、水電站日負荷模型與日負荷過程之間轉(zhuǎn)換機制及梯級水電站之間日負荷模型時空特征參數(shù)關(guān)聯(lián)機制等關(guān)鍵科學問題，開展日負荷時空變化特性分析、日負荷模型構(gòu)建、及基于日負荷模型的水電站和梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型與求解方法研究，以揭示水電站日負荷演化機理和梯級水電站之間日負荷相互作用機理，提出水電站和梯級日負荷過程生成方法，為明晰水電站群短期科學調(diào)度規(guī)律、避免水電系統(tǒng)維數(shù)災探尋新的研究思路與方法，并為發(fā)揮水電系統(tǒng)調(diào)峰能力、實現(xiàn)水電資源的高效利用提供科學依據(jù)和技術(shù)支撐。

《膨脹土裂隙演化三維分布特征及微觀結(jié)構(gòu)分形規(guī)律研究》以膨脹土邊坡開裂變形和失穩(wěn)為背景，以南陽膨脹土為研究對象，通過數(shù)碼攝影結(jié)合數(shù)字圖像處理方法研究膨脹土平面裂隙擴展的規(guī)律，同時通過CT掃描試驗研究膨脹土裂隙的三維擴展規(guī)律，采用油滲的方法間接定量分析膨脹土內(nèi)部裂隙的擴展規(guī)律，并采用壓汞法（MIP）和掃描電子顯微鏡分析法（SEM）相結(jié)合的方法研究南陽膨脹土脫濕干燥后微結(jié)構(gòu)變化，分析其微觀機理，利用分形理論和分形模型對壓汞試驗數(shù)據(jù)進行分形維數(shù)計算，利用分形維數(shù)對微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律進行研究和分析，進行膨脹土裂隙發(fā)育、滲流的綜合性室內(nèi)試驗，深入研究裂隙膨脹土的滲透特性，揭示膨脹土裂隙性的作用機制及工程效應(yīng)，以期為膨脹土邊坡災害評估及坡面防護理論與設(shè)計提供依據(jù)或參考，借鑒多孔介質(zhì)滲流的雙重孔隙模型建立考慮裂隙作用的膨脹土滲流模型及其參數(shù)確定方法，深入認識裂隙對膨脹土滲流特性的影響，為膨脹土邊坡變形、穩(wěn)定性評價、災害預測提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

隨著我國水電站數(shù)目逐漸龐大、梯級水力水利聯(lián)系日益緊密、航運和生態(tài)環(huán)境綜合利用要求愈加復雜等問題的出現(xiàn)，水電系統(tǒng)短期優(yōu)化調(diào)度面臨日負荷時空變化規(guī)律不夠明晰、“維數(shù)災”難以解決等科技難題。本項目擬采取以水電站為本、遵循自下而上（水電站—梯級—流域）的研究思路，開展水電站短期優(yōu)化調(diào)度研究，取得以下主要研究成果： （1）構(gòu)建了機組負荷模型和機組啟停模型。以機組為單元，提出了機組負荷模型ULM； ULM進一步組合成復雜的水電站出力過程，進而提出了機組啟停模型UCM；以水庫特性曲線、水能公式及水頭計算方法為依據(jù)，基于兩個基本假設(shè)提出定負荷條件下相鄰時段間機組發(fā)電流量差的遞推計算法，避免了水電站短期優(yōu)化調(diào)度嵌套廠內(nèi)負荷優(yōu)化分配的問題。 （2）解析日負荷時空變化特性、構(gòu)建日負荷模型?；谏a(chǎn)實踐中水電站日負荷圖的綜合分析，進行合理的時空降維，提出了日負荷模型DLM；采用統(tǒng)計方法、推導法、經(jīng)驗分析法等方法率定了DLM的參數(shù)，為水電站短期科學調(diào)度的提供了堅實的基礎(chǔ)。 （3）研究了基于DLM的水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)建及求解方法。以峰、腰、基荷為空間特征參數(shù)，特征負荷的運行時間為時間特征參數(shù)概化描述日負荷過程，研究了日負荷過程與日負荷模型的時空特征參數(shù)的轉(zhuǎn)化機制，提出了實例水電站短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型的建模和求解方法，緩解了大規(guī)模水電站群聯(lián)合運行的維數(shù)災問題。 （4）研究了基于DLM的梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)建及求解方法。分析了梯級水電站之間日負荷模型的匹配關(guān)系和時空特征參數(shù)關(guān)聯(lián)與轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出了實例梯級水電站短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學模型的建模和求解方法，為流域水庫群的科學調(diào)度提供了重要技術(shù)支撐。 2100433B