地埋管换热性能综合微缩试验研究

为研究不同水文地质条件下地埋管换热器与岩土体换热情况,构建了室内地埋管换热器综合微缩实验台,并开展了干砂、饱和砂（不流动）以及饱和砂（流动）三种情况下的相似试验研究,结果表明:干砂、饱和砂和地下水渗流条件下综合导热系数依次增加;温度场范围依次加大,并且渗流对上、下游温度变化分别有阻碍和促进作用;随着渗流速度的加大,地下水将热量带到下游,温度场在水流方向被拉长。文章从试验数据论证了水流作用对地埋管换热影响,对地埋管设计等地埋管热泵的工程应用具有指导意义。     

地埋管换热性能综合微缩试验研究

为研究不同水文地质条件下地埋管换热器与岩土体换热情况,构建了室内地埋管换热器综合微缩实验台,并开展了干砂、饱和砂（不流动）以及饱和砂（流动）三种情况下的相似试验研究,结果表明:干砂、饱和砂和地下水渗流条件下综合导热系数依次增加;温度场范围依次加大,并且渗流对上、下游温度变化分别有阻碍和促进作用;随着渗流速度的加大,地下水将热量带到下游,温度场在水流方向被拉长。文章从试验数据论证了水流作用对地埋管换热影响,对地埋管设计等地埋管热泵的工程应用具有指导意义。     

路面下水平地埋管热响应试验与数值模拟研究

近年来,水平式地埋管换热器尤其是路面下水平式地埋管换热器逐步受到国内外学者关注。路面下水平式地埋管换热器利用道路路基施工便利进行安装,可有效节约地埋管换热器前期安装中的钻孔或开挖沟槽费用,且公路作为城镇基础设施,仅中国每年新增公路里程就达100 000 km以上,因此该方案应用潜力较大。为了探究路面下水平地埋管换热器的热扩散半径以及气温对其换热能力的影响,本文采用GeoCube热响应试验测试仪,对路面下埋深0.5 m的水平串联式地埋管换热器进行了两次加热功率分别为4 kW和6 kW的现场常规热响应试验,并基于4 kW热响应试验参数利用COMSOL软件建立了路面下水平串联式地埋管换热器3D数值模型。研究结果表明:气温波动对路面下地埋管换热器换热能力有显著不利影响。在热响应试验中,该影响会随着加热功率的增大而减小。路面下水平串联式地埋管换热器热扩散半径确定为小于0.75 m,建议地埋管安装间距大于1.5 m以防止热干扰。所建数值模型模拟精度良好,可用于路面下水平串联式地埋管换热器换热过程模拟。     

现场热响应试验测试数据对比及应用分析

勘查评价浅层地热能地质条件及换热能力是高效开发浅层地热能资源的关键基础,对高效、可持续利用浅层地热能起着举足轻重的作用。不同区域地质条件千差万别导致地下换热效果不同,目前现场热响应试验,是地埋管地源热泵系统区域调查评价和应用项目场地勘查中,采用的重要勘查手段。通过现场热响应试验获得地温场初始地温、岩土体的热物性参数,计算得出每个地埋孔的换热能力即换热功率,可为评价地埋管地源热泵系统适宜区域的浅层地热换热功率提供依据,指导地埋管地源热泵系统地下换热系统设计。本文主要对地层初始地温、不同测试功能测试所得数据,进行了对比及应用分析,对指导现场热响应试验的科学合理应用,具有重要的参考意义。     

多点非一致激励下埋地管道多台阵振动台试验方案研究

针对多点非一致激励下埋地管道的破坏特性,首次设计并开展了多点非一致激励下埋地管道的三台阵振动台试验。首先根据试验条件及试验目的,通过专项研究确定了整个模型体系的相似比,设计了适用于长线型地下结构多台阵振动台试验的悬挂式连续体模型箱,确定了传感器的布置位置;其次对模型材料的选取、地震动输入及试验加载方案进行分析设计。最后,利用试验数据分析了模型箱的动力特性及边界效应,结果表明,对多点非一致激励下埋地管道振动台模型试验的设计方案是合理的。该研究为顺利开展多点非一致激励下埋地管道振动台试验奠定了基础,对同类试验也有一定的参考价值。     

热响应测试实例及问题分析

地埋管地源热泵系统开发利用前景广阔,本文尝试采用基于圆柱热源理论的柱模型,在天津市静海县团泊新城,为某竖直地埋管建设项目设计了2组取热和2组排热工况热响应测试试验,为地源热泵系统优化设计与节能运行,提供了必要的数据依据。同时我们还总结了热响应测试过程中应该注意的问题,为以后工作提供了建议。     

垂直地埋管现场热响应试验研究

地源热泵技术主要利用浅层地热能为建筑物供暖和制冷,有着节能减排、高效环保等优点。本文阐述了江苏沙家浜温泉国际度假中心垂直地埋管热响应试验所取得的实效。     

地质条件及埋管形式对地埋管换热器换热性能影响研究

利用北京市35个现场换热孔岩土热响应试验数据,分析了地质条件和埋管形式对地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明地质条件对地埋管换热性能具有显著影响:地层初始平均温度每变化1℃,换热能力相差8%左右;基岩地层的地埋管换热能力平均比松散层高35%;换热孔处地下水流速从0.14 m/d增至0.91 m/d, Pe值从18增加至113,由于热对流换热作用加强,延米换热量提升13%。在相同地质条件下,套管式换热器冬季延米取热量比双U型换热器高约40%;换热深度从150 m增加至300 m时,双U型和套管式换热器延米取热量均略有升高。     

地层初始温度及结构对地埋管换热能力影响分析

不同地质条件下,地埋管的换热能力有所不同,热能采集和扩散能力存在差异。为给地埋管地源热泵系统工程提供科学合理的设计依据,本文利用现场热响应测试数据分析了地层初始温度以及地层结构对地埋管换热能力的影响。结果表明:地埋管换热能力与地层初始温度呈较好的线性相关性,地埋管夏季延米换热量随地层初始温度的升高而减少,冬季延米换热量随地层初始温度的升高而增加;不同地层结构,地埋管换热能力有所不同,在富水性相对较好、岩性颗粒粗、地下水径流速度快的区域,地埋管换热效果要优于富水性相对较差、岩性颗粒细、地下水径流速度慢的区域。     

不同埋深隧道的地震响应振动台试验研究

针对不同埋深下隧道表现出不同震害的特点,对地震响应振动台模型试验进行研究。首先进行了试验方案设计及试验模型的相似比设计,然后对不同地震波类型、地震强度及不同埋深下的隧道依次进行了振动台模型试验。试验结果表明:地震作用下,隧道衬砌应力在隧道埋深较浅时最大,达到一定埋深(约40 m)时,隧道衬砌应力明显减小,之后,隧道衬砌应力随埋深的变化不明显;隧道衬砌应力随埋深的变化规律在不同的地震波类型、不同的地震加速度峰值下相似;不同深度土层的加速度放大系数随着埋深的减小逐渐增大。通过对试验后隧道周边土体观测可知,浅埋隧道周边土体的裂缝多于深埋隧道。试验验证了地震灾害调查结果,为隧道抗震设计提供依据。     

卵砾石含水层高压旋喷注浆止水帷幕技术

高压旋喷桩主要适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地层,在卵砾石地层或动水条件下的应用较少。我国某露天矿在施工旋喷桩止水帷幕的过程中,采用RJP工法进行帷幕施工,成功将高压旋喷注浆技术应用于卵砾石含水层中,通过试桩和筛分试验将卵砾石层特征对桩径大小的影响进行了分析研究,结果表明,RJP工法在卵砾石含水层中成桩效果良好、质量可靠,其桩径大小与卵砾石颗粒大小及含砂量有关。围井试验结果显示,高压旋喷桩帷幕墙完整,止水效果显著。研究成果表明高压旋喷注浆技术可在卵砾石含水层的加固和止水领域进行推广应用。     

露天煤矿截水帷幕效果检验方法及截水效果分析

某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,通过施工截水帷幕切断矿坑北侧河流补给通道。根据现场施工条件,采用低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆、咬合桩4种工艺构建截水帷幕。为检验施工过程中露天煤矿截水帷幕的效果,针对低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆等3种截水帷幕工艺,进行了4次围井试验。试验结果表明,在露天煤矿深厚砂卵石层动水、低温条件下,低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆帷幕均具有良好的截水效果,渗透系数分别达到8.34×10^-7、6.28×10^-7、7.85×10^-7 cm/s,与原材料室内实验得出的渗透系数基本吻合。在4种帷幕工艺的共同作用下,露天煤矿矿坑疏排水量显著减少,围井试验在截水帷幕施工过程中具有良好的效果检验作用。     

深厚砂卵石层低温动水条件下咬合桩帷幕材料研发

某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,拟通过施工截水帷幕以切断矿坑北侧河流补给通道。结合现场施工条件,在架空高压线等特殊施工区域采用钻孔咬合桩帷幕。施工区砂卵石层厚度达45 m,含水层渗透系数达100 m/d,水力梯度0.033,地下水温长期维持在5℃,为保证咬合桩在深厚砂卵石层和低温动水条件下快速成桩,研制出一种以粉煤灰为主、水泥和粉煤灰添加剂为辅的混合防渗材料,并开展该材料的凝结时间、结石率、流动度、抗渗性能等多项参数测试。结果表明：研发材料最优配比为水灰比0.7︰1.0、水泥掺量（质量占比）40%、粉煤灰掺量60%、粉煤灰激发剂掺量2%,在5℃低温环境下凝结时间102 h,结石率94.6%、流动度23 cm,3 d强度1.06 MPa、90 d强度11.65 MPa、渗透系数低至8.61×10^-8 cm/s。通过取心验证,成桩质量符合要求,截水效果好,矿坑疏排水量显著减少。该材料具有低价环保、抗渗性好等优点,可在类似工程中推广应用。     

巨厚非均质潜水含水层抽水试验及参数计算

渗透系数决定了深基坑工程涌水量的估算及止水帷幕的型式,影响工程安全及造价,对富水地区深基坑工程建设具有重大的意义。对于非均质含水层组,现有的解析公式中,很难找到合适的方法计算水文地质参数,特别是垂直方向的渗透系数。通过在现场施作临时止水帷幕,利用帷幕的绕流阻水作用进行抽水试验,模拟基坑开挖过程中的降水问题,再建立水文地质概念模型和地下水流数学模型,并利用三维有限差分数值模拟软件反演出各层渗透系数,最后通过验证性抽水资料对模型进行了验证,为福州一临江巨厚砂卵石地层地铁车站的围护结构设计中地下水控制提供了设计参数。该试验和数值模拟结果可为类似工程参考。     

新近系松散-半胶结砂砾石含水层的注浆改造试验及效果

矿井斜井开拓安全通过新近系砂砾石含水层是一个普遍的难题,为给斜井地面预注浆或帷幕注浆法过砾石层提供依据,新矿集团在内蒙古自治区上海庙西矿区黑梁煤矿主副斜井附近对总厚20—30m的新近系砾石层（夹砂质粘土层）进行了专门注浆试验及抽水、取心等对比验证工作。结果表明。松散一半胶结砾石层虽然在超过1MPa的注浆压力“阀值”后具有一定的可注性,但浆液扩散范围小于2-3m,而且扩散方式不规则、不可控、形不成可靠的浆液扩散加固圈,对砾石层的含、导水性未发现有改善效果。通过本次试验,较好地掌握了松散一半胶结砾石层注浆性能,获得了有关注浆参数和经验,对类似地层的注浆改造和井巷工程的安全施工具有指导意义。     

小截面静压预制短桩的桩底注浆试验研究

通过对桩端置于含泥圆砾卵石层超短静压预制桩桩底注浆及注浆前后静载试验,分析了桩竖向极限承载力的提高机理。试验表明,桩底注浆可较大幅度地提高以砂卵石为持力层的静压预制桩的竖向承载力。     

机械防砂筛管挡砂介质堵塞机制及堵塞规律试验

针对高泥质水合物储层,其分解过程中会产生大量的游离砂,在气-液渗流作用下发生运移,容易导致砾石充填防砂介质渗透性降低,即渗透损伤,使得产能下降并影响防砂砾石层的长期有效性。为了探究防砂砾石在不同影响因素下的渗透损伤情况,本文采用混合正交试验,通过自行研制的阻砂试验系统进行不同储层含水量、试验压力和砾石规格的阻砂试验并测量试验前后防砂介质的渗透系数,观察阻砂试验现象和分析渗流规律和渗透损伤规律。结果表明,由于粉细砂的运移,防砂砾石层经历由通到堵再到通的过程,因此阻砂试验渗流分为4个阶段：初期渗流阶段(无堵塞)→稳定渗流阶段(逐渐堵塞)→气、液渗流阶段(突然疏通)→气体渗流阶段(通);储层含水量、试验压力和砾石粒径较大时,储层中的粉细砂运移更容易,出砂情况更为严重,砾石防砂层的渗透损伤较严重,但储层含水量大于125%时,渗透损伤比反而下降;影响渗透损伤程度大小排序为：砾石规格>试验压力>储层含水量,砾石规格对防砂介质渗透损伤的影响为主控因素,最佳砾石中值比D₅₀/d₅₀为23.6,有利于防砂和产气,研究结果为砾石充填的防砂介质渗透损伤研究提供参考。     

长螺旋旋喷搅拌帷幕止水桩在砂卵石含水地层基坑中的成功应用

结合本工程特点,从长螺旋旋喷搅拌帷幕止水桩的优点、设计条件、施工控制、质量检验等方面,对该技术在含水砂卵石地层中的有效止水作用,进行了系统的介绍。作为成功实例之一,意在使此项新技术能得到更好的推广、完善,使北京地区在含水砂卵石地层中的基坑帷幕止水工作更得心应手,减少浅部地下水排放,保护浅部地下水资源。     

新建城区大面积填土地基基础方案分析

某新建城区拟修建于大面积填土上,针对该新建城区的复杂工程地质条件,对天然地基、复合地基等地基基础方案的经济、技术、工期等综合分析和比较,最终采用CFG桩复合地基方案对该区独立基础和条形基础进行计算并设计布桩。CFG桩复合地基是CFG桩、桩间土、碎石垫层联合构成的复合地基,其桩身质量好,承载力可达350 kPa以上。当最大柱荷载小于或等于4 000 kN或土层中有强透水砂卵石层时,均宜采用独立柱基下CFG桩复合地基。     

成都市中心城区第四系三维地质模型构建与隐伏断裂分析

隐伏断裂的探测是城市地质调查的基本要素。成都中心城区位于成都平原东侧,整体表现为受断裂控制、西陡东缓的陆内逆冲断陷盆地,并以覆盖巨厚的第四纪砂卵石沉积为特征,隐伏断裂发育特征不明,识别难度大。本文基于多年来成都中心城区地铁勘察、房建地基勘察、水文地质调查、基坑探槽等累积的数据,结合实地勘察与其他地学数据整合信息库,运用计算机三维精细建模与可视化技术,建立了成都中心城区精细三维地质模型。结合实测钻孔剖面图,在精细刻画的三维基岩起伏面上识别出两条明显的北东向隐伏断裂,确定了其在中心城区经过的具体位置及展布形态;结合上覆砂卵石层的分布,确认蒲江-新津-成都断裂为主控断裂,早更新世开始活动,双桥子-包江桥断裂为其次级断裂,晚更新世初开始活动;同时发现了一条可能受断裂控制、贯穿市区的北西西向凹陷带。三维地质模型与沉积层等厚线图揭示了隐伏断裂对沉积的控制作用,砂卵石层沉降中心由西北向东南逐渐迁移。此次研究建立了成都中心城区的三维基岩起伏面模型,识别出了隐伏断裂具体位置及其主要特征,为城市地下空间合理利用、科学规划及地震危险性评价等提供了重要的基础资料。