矿岩散体流动时空演化规律及仿真模型研究

在采矿工程中，矿岩散体流动的规律和仿真方法是矿业理论研究领域的重要研究方向，本项目通过研究九块模型流动规律，分析了矿石松散性与放出体之间关系和散体流动概率赋值模式，提出了新的概率赋值方式，即引入散体流动概率分析系数m，通过对参数m赋以不同的数值即可改变九块模型的概率分布，解决放出体的不同形态问题，这一方式大大简化了概率赋值过程，同时在此基础上研发了三维放矿仿真系统（SLS）；在研究九块模型和假定矿岩具有开尔文流变性质的前提下，建立了散体移动时空演化模型，很好的解决了冒落散体流动的时间空间关系，并给出具有时间因素 的空间散体移动的概率分布公式，给出反演估计 值的两种方法；露天矿中地下采空区的存在直接影响作业人员与大型设备的安全生产，其顶板安全厚度的确定是一直未能得到很好解决的难题。基于四边固支矩形薄板的纳维叶解法，分别导出了均布载荷与集中载荷作用下的挠度方程与应力表达式，分析得到四边固支矩形板在均布载荷和集中载荷作用下的高应力主要出现在板的中心以及长边的中点处，影响应力的因素主要包括厚度、载荷大小、板的尺寸以及泊松比。依据第一强度理论建立均布载荷和集中载荷共同作用下的顶板安全性控制方程，并求解得到其安全临界顶板厚度。为了进一步弄清顶板破坏机制，采用ABAQUS有限元分析软件建立采空区顶板的数值模型并进行计算。通过数值模拟对采空区顶板进行应力、应变、及顶板位移的塑性分析，得到了不同顶板厚度、不同采空区跨度等因素对应力场，位移场的影响规律和采空区顶板安全厚度与采空区跨度的回归曲线及方程。在基金资助的三年内，专利1项，发表6余篇论文，其中已收录代发表SCI检索论文1篇，EI检索1篇，培养在读研究生2名。 2100433B

在采矿工程中，矿岩散体流动的规律和仿真方法是矿业理论研究领域的重要研究方向。本项目在物理实验的基础上，基于岩石流变性质，建立岩层移动的力学本构方程，结合随机理论，研究散体流动时空演化规律，建立散体流动时空演化仿真模型，给出下沉系数与时间影响系数定义与计算方法，在深层次上对矿岩散体的流动空间过程和时间因素进行反演研究，探求散体流动机理和时空演化仿真模型之间的内在联系。同时，利用大规模并行计算技术，在计算机上实现散体流动规律模拟，从而可以对散体流动的时空演化规律进行更深入、更广泛的研究。本项目的研究成果将促进多维空间下散体流动规律的研究，对于研究解决采矿工程中涉及散体流动方面的工程问题也具有重要的理论与现实意义。

随着我国水电站数目逐渐庞大、梯级水力水利联系日益紧密、航运和生态环境综合利用要求愈加复杂等问题的出现，水电系统短期优化调度面临日负荷时空变化规律不够明晰、维数灾难以解决等科技难题。本项目拟采取以水电站为本、遵循自下而上（水电站-梯级-流域-水电系统）的研究思路，提出日负荷模型概念，并围绕日负荷模型结构和时空特征参数关联机制、水电站日负荷模型与日负荷过程之间转换机制及梯级水电站之间日负荷模型时空特征参数关联机制等关键科学问题，开展日负荷时空变化特性分析、日负荷模型构建、及基于日负荷模型的水电站和梯级水电站短期优化调度数学模型与求解方法研究，以揭示水电站日负荷演化机理和梯级水电站之间日负荷相互作用机理，提出水电站和梯级日负荷过程生成方法，为明晰水电站群短期科学调度规律、避免水电系统维数灾探寻新的研究思路与方法，并为发挥水电系统调峰能力、实现水电资源的高效利用提供科学依据和技术支撑。

《膨胀土裂隙演化三维分布特征及微观结构分形规律研究》以膨胀土边坡开裂变形和失稳为背景，以南阳膨胀土为研究对象，通过数码摄影结合数字图像处理方法研究膨胀土平面裂隙扩展的规律，同时通过CT扫描试验研究膨胀土裂隙的三维扩展规律，采用油渗的方法间接定量分析膨胀土内部裂隙的扩展规律，并采用压汞法（MIP）和扫描电子显微镜分析法（SEM）相结合的方法研究南阳膨胀土脱湿干燥后微结构变化，分析其微观机理，利用分形理论和分形模型对压汞试验数据进行分形维数计算，利用分形维数对微观结构的演变规律进行研究和分析，进行膨胀土裂隙发育、渗流的综合性室内试验，深入研究裂隙膨胀土的渗透特性，揭示膨胀土裂隙性的作用机制及工程效应，以期为膨胀土边坡灾害评估及坡面防护理论与设计提供依据或参考，借鉴多孔介质渗流的双重孔隙模型建立考虑裂隙作用的膨胀土渗流模型及其参数确定方法，深入认识裂隙对膨胀土渗流特性的影响，为膨胀土边坡变形、稳定性评价、灾害预测提供理论依据和技术支持。

随着我国水电站数目逐渐庞大、梯级水力水利联系日益紧密、航运和生态环境综合利用要求愈加复杂等问题的出现，水电系统短期优化调度面临日负荷时空变化规律不够明晰、“维数灾”难以解决等科技难题。本项目拟采取以水电站为本、遵循自下而上（水电站—梯级—流域）的研究思路，开展水电站短期优化调度研究，取得以下主要研究成果： （1）构建了机组负荷模型和机组启停模型。以机组为单元，提出了机组负荷模型ULM； ULM进一步组合成复杂的水电站出力过程，进而提出了机组启停模型UCM；以水库特性曲线、水能公式及水头计算方法为依据，基于两个基本假设提出定负荷条件下相邻时段间机组发电流量差的递推计算法，避免了水电站短期优化调度嵌套厂内负荷优化分配的问题。 （2）解析日负荷时空变化特性、构建日负荷模型。基于生产实践中水电站日负荷图的综合分析，进行合理的时空降维，提出了日负荷模型DLM；采用统计方法、推导法、经验分析法等方法率定了DLM的参数，为水电站短期科学调度的提供了坚实的基础。 （3）研究了基于DLM的水电站短期优化调度模型构建及求解方法。以峰、腰、基荷为空间特征参数，特征负荷的运行时间为时间特征参数概化描述日负荷过程，研究了日负荷过程与日负荷模型的时空特征参数的转化机制，提出了实例水电站短期优化调度数学模型的建模和求解方法，缓解了大规模水电站群联合运行的维数灾问题。 （4）研究了基于DLM的梯级水电站短期优化调度模型构建及求解方法。分析了梯级水电站之间日负荷模型的匹配关系和时空特征参数关联与转换关系，提出了实例梯级水电站短期优化调度数学模型的建模和求解方法，为流域水库群的科学调度提供了重要技术支撑。 2100433B