礦巖散體流動(dòng)時(shí)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(dòng)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(xiàng)目通過(guò)研究九塊模型流動(dòng)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(dòng)概率賦值模式，提出了新的概率賦值方式，即引入散體流動(dòng)概率分析系數(shù)m，通過(guò)對(duì)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(wèn)題，這一方式大大簡(jiǎn)化了概率賦值過(guò)程，同時(shí)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(kāi)爾文流變性質(zhì)的前提下，建立了散體移動(dòng)時(shí)空演化模型，很好的解決了冒落散體流動(dòng)的時(shí)間空間關(guān)系，并給出具有時(shí)間因素 的空間散體移動(dòng)的概率分布公式，給出反演估計(jì) 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?；谒倪吂讨Ь匦伪“宓募{維葉解法，分別導(dǎo)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(dá)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(zhǎng)邊的中點(diǎn)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(qiáng)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(jìn)一步弄清頂板破壞機(jī)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(jìn)行計(jì)算。通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)采空區(qū)頂板進(jìn)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(duì)應(yīng)力場(chǎng)，位移場(chǎng)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(xiàng)，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(dòng)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(xiàng)目在物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于巖石流變性質(zhì)，建立巖層移動(dòng)的力學(xué)本構(gòu)方程，結(jié)合隨機(jī)理論，研究散體流動(dòng)時(shí)空演化規(guī)律，建立散體流動(dòng)時(shí)空演化仿真模型，給出下沉系數(shù)與時(shí)間影響系數(shù)定義與計(jì)算方法，在深層次上對(duì)礦巖散體的流動(dòng)空間過(guò)程和時(shí)間因素進(jìn)行反演研究，探求散體流動(dòng)機(jī)理和時(shí)空演化仿真模型之間的內(nèi)在聯(lián)系。同時(shí)，利用大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)散體流動(dòng)規(guī)律模擬，從而可以對(duì)散體流動(dòng)的時(shí)空演化規(guī)律進(jìn)行更深入、更廣泛的研究。本項(xiàng)目的研究成果將促進(jìn)多維空間下散體流動(dòng)規(guī)律的研究，對(duì)于研究解決采礦工程中涉及散體流動(dòng)方面的工程問(wèn)題也具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

隨著我國(guó)水電站數(shù)目逐漸龐大、梯級(jí)水力水利聯(lián)系日益緊密、航運(yùn)和生態(tài)環(huán)境綜合利用要求愈加復(fù)雜等問(wèn)題的出現(xiàn)，水電系統(tǒng)短期優(yōu)化調(diào)度面臨日負(fù)荷時(shí)空變化規(guī)律不夠明晰、維數(shù)災(zāi)難以解決等科技難題。本項(xiàng)目擬采取以水電站為本、遵循自下而上（水電站-梯級(jí)-流域-水電系統(tǒng)）的研究思路，提出日負(fù)荷模型概念，并圍繞日負(fù)荷模型結(jié)構(gòu)和時(shí)空特征參數(shù)關(guān)聯(lián)機(jī)制、水電站日負(fù)荷模型與日負(fù)荷過(guò)程之間轉(zhuǎn)換機(jī)制及梯級(jí)水電站之間日負(fù)荷模型時(shí)空特征參數(shù)關(guān)聯(lián)機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展日負(fù)荷時(shí)空變化特性分析、日負(fù)荷模型構(gòu)建、及基于日負(fù)荷模型的水電站和梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型與求解方法研究，以揭示水電站日負(fù)荷演化機(jī)理和梯級(jí)水電站之間日負(fù)荷相互作用機(jī)理，提出水電站和梯級(jí)日負(fù)荷過(guò)程生成方法，為明晰水電站群短期科學(xué)調(diào)度規(guī)律、避免水電系統(tǒng)維數(shù)災(zāi)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(shí)現(xiàn)水電資源的高效利用提供科學(xué)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(kāi)裂變形和失穩(wěn)為背景，以南陽(yáng)膨脹土為研究對(duì)象，通過(guò)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(kuò)展的規(guī)律，同時(shí)通過(guò)CT掃描試驗(yàn)研究膨脹土裂隙的三維擴(kuò)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(kuò)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(yáng)膨脹土脫濕干燥后微結(jié)構(gòu)變化，分析其微觀機(jī)理，利用分形理論和分形模型對(duì)壓汞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分形維數(shù)計(jì)算，利用分形維數(shù)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律進(jìn)行研究和分析，進(jìn)行膨脹土裂隙發(fā)育、滲流的綜合性室內(nèi)試驗(yàn)，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(jī)制及工程效應(yīng)，以期為膨脹土邊坡災(zāi)害評(píng)估及坡面防護(hù)理論與設(shè)計(jì)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(rèn)識(shí)裂隙對(duì)膨脹土滲流特性的影響，為膨脹土邊坡變形、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、災(zāi)害預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

隨著我國(guó)水電站數(shù)目逐漸龐大、梯級(jí)水力水利聯(lián)系日益緊密、航運(yùn)和生態(tài)環(huán)境綜合利用要求愈加復(fù)雜等問(wèn)題的出現(xiàn)，水電系統(tǒng)短期優(yōu)化調(diào)度面臨日負(fù)荷時(shí)空變化規(guī)律不夠明晰、“維數(shù)災(zāi)”難以解決等科技難題。本項(xiàng)目擬采取以水電站為本、遵循自下而上（水電站—梯級(jí)—流域）的研究思路，開(kāi)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(jī)組負(fù)荷模型和機(jī)組啟停模型。以機(jī)組為單元，提出了機(jī)組負(fù)荷模型ULM； ULM進(jìn)一步組合成復(fù)雜的水電站出力過(guò)程，進(jìn)而提出了機(jī)組啟停模型UCM；以水庫(kù)特性曲線、水能公式及水頭計(jì)算方法為依據(jù)，基于兩個(gè)基本假設(shè)提出定負(fù)荷條件下相鄰時(shí)段間機(jī)組發(fā)電流量差的遞推計(jì)算法，避免了水電站短期優(yōu)化調(diào)度嵌套廠內(nèi)負(fù)荷優(yōu)化分配的問(wèn)題。 （2）解析日負(fù)荷時(shí)空變化特性、構(gòu)建日負(fù)荷模型?；谏a(chǎn)實(shí)踐中水電站日負(fù)荷圖的綜合分析，進(jìn)行合理的時(shí)空降維，提出了日負(fù)荷模型DLM；采用統(tǒng)計(jì)方法、推導(dǎo)法、經(jīng)驗(yàn)分析法等方法率定了DLM的參數(shù)，為水電站短期科學(xué)調(diào)度的提供了堅(jiān)實(shí)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(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間為時(shí)間特征參數(shù)概化描述日負(fù)荷過(guò)程，研究了日負(fù)荷過(guò)程與日負(fù)荷模型的時(shí)空特征參數(shù)的轉(zhuǎn)化機(jī)制，提出了實(shí)例水電站短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)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(yùn)行的維數(shù)災(zāi)問(wèn)題。 （4）研究了基于DLM的梯級(jí)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(jí)水電站之間日負(fù)荷模型的匹配關(guān)系和時(shí)空特征參數(shù)關(guān)聯(lián)與轉(zhuǎn)換關(guān)系，提出了實(shí)例梯級(jí)水電站短期優(yōu)化調(diào)度數(shù)學(xué)模型的建模和求解方法，為流域水庫(kù)群的科學(xué)調(diào)度提供了重要技術(shù)支撐。 2100433B