复杂策动力项对Duffing方程混沌系统相态的影响

对经典Duffing方程在周期激励和限带白噪同时作用下的混沌性质进行分析.首先检测出无噪声时系统的临界状态和周期状态的周期激励的幅值,然后分别固定这两个特殊幅值,改变限带白噪的幅值,利用时间历程曲线辅助分析相态图的变化;再固定限带白噪的幅值,改变周期激励的幅值,借助时间历程曲线分析相态图的变化.结果表明:系统只输入周期激励时,随着周期激励幅值的增大,系统依次呈现同宿状态、混沌状态和周期状态;系统处在临界状态时,输入限带白噪声,随着限带白噪声幅值的增大,相态图的轨线运动范围增大.     

周期振荡法在低渗透测量中的应用研究

周期振荡法是一种新兴的多孔介质渗透率测量方法,具有测量周期短、稳定性好、精度高等优点。然而,由于缺乏对周期振荡法的系统研究,该方法未能在低渗透测量领域得到推广应用。本文采用数值模拟方法,分别研究了不同孔隙率、渗透率对周期振荡法气压测量结果的影响,以及不同形式周期波在周期振荡法渗透率测量中的适用性。结果表明：无论是孔隙率,还是渗透率都会影响气体压力传递过程;周期振荡法渗透率测量时可以不需要初始气压平衡过程,一定时间后测量结果几乎不受初始气压状态影响;与正弦波相比,方波对下游气体压力响应的影响更明显,而且方波、三角波和锯齿波具有容易加载的特点,本文建议采用方波取代正弦波进行周期振荡法试验。本研究成果对指导周期振荡法试验和解决低渗透测量难题有一定帮助。     

岩溶空腔水气压力脉动效应的发现及意义

通过塌陷的地质模式概化,设计物理模型实验探索岩溶空腔在开放、密闭条件下,地下水位下降时水气压力变化的规律。实验结果表明:（1）在密闭条件下水位下降时,空腔内的水气压力处于负压状态,并呈有规律的波动, 波动周期和幅度主要受初始水位的影响;（2）在密封-开放-密封实验中,当系统突然转为开放条件时,岩溶空腔内的水气压力发生突变,压力突变值可达密闭系统条件下最大波动值的3倍;（3）岩溶空腔水位下降过程中,水气压力对岩溶空腔顶部有周期性的高频振动作用,具有压力脉动的特征;（4）密闭条件下的岩溶空腔水位下降引起的水气压力变化可通过时间变量的一次函数来描述,函数斜率受出水口及岩溶空腔截面积影响,截距与初始水位紧密相关。对水气压力所产生的高频振动特征进行深入研究,将有助于岩溶塌陷机理及防治研究的突破。      

软黏土层一维有限应变固结的超静孔压消散研究

根据土力学固结理论计算分析软黏土层固结过程的超静孔隙水压力值,确定软黏土体固结过程的强度增长,对排水固结法处理软土地基至关重要。软黏土层固结过程中土体变形较大时,有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土固结所得结果差异较大。利用非线性有限元法及程序,通过对软黏土层固结工程算例的计算结果分析,研究了有限应变固结理论和小应变固结理论计算分析软黏土层一维固结超静孔压值消散的差异;探讨了软黏土体一维固结过程中,几何非线性、土体渗透性变化和压缩性变化对超静孔隙水压力消散的影响。研究结果表明,当土体的变形较大时,有限应变固结理论计算出的超静孔压要比小应变固结理论得到的值消散的更快。考虑土体固结过程中渗透性的变化时,超静孔压消散变慢;可用软黏土渗透性变化指数ck 反映渗透性变化对超静孔压消散的影响,渗透性变化指数ck值越小、超静孔压消散越慢。固结过程中软黏土压缩性的大小及变化也影响超静孔压的消散,可用软黏土的压缩指数cc反映固结过程中压缩性的大小及变化对超静孔压消散的影响,软黏土的压缩指数cc越小,固结过程软黏土层中的超静孔压消散越快。     

非饱和含砂细粒土的气体渗透特性研究

为了探讨非饱和含砂细粒土的气体渗透规律,制备不同含水率和干密度试样进行气体渗透试验,并基于多孔介质渗流理论分析进气压力、孔隙比和饱和度等对气体渗透率的影响规律,总结了非饱和土中渗透率的经验公式。试验结果表明,随着进气压力的增加,土样气体渗透率测试值逐渐趋于稳定值;含水率较高时,进气压力对土样气体渗透率的影响程度较大;含水率较低时,土样气体渗透率随进气压力增加而变化幅值较小。气体渗透率随土样含水率的增加（或饱和度的增加）呈减小趋势;当含水率低于最优含水率时,气体渗透率变化较小,但当含水率大于最优含水率后,气体渗透率急剧降低;在最优含水率两侧,土样微观结构的差异（絮凝结构和分散结构）是导致气体渗透率发生突变的主要原因;气隙比可有效表征土体孔隙比与饱和度对气体渗透率的影响规律,气体渗透率与气隙比呈良好的幂函数关系,并采用已有文献中试验数据验证了经验公式的合理性。     

周期振荡法在低渗透测量中的应用研究

周期振荡法是一种新兴的多孔介质渗透率测量方法，具有测量周期短、稳定性好、精度高等优点。然而，由于缺乏对周期振荡法的系统研究，该方法未能在低渗透测量领域得到推广应用。采用数值模拟方法，分别研究了不同孔隙率、渗透率对周期振荡法气压测量结果的影响，以及不同形式周期波在周期振荡法渗透率测量中的适用性。结果表明：无论是孔隙率，还是渗透率都会影响气体压力传递过程；周期振荡法渗透率测量时可以不需要初始气压平衡过程，一定时间后测量结果几乎不受初始气压状态影响；与正弦波相比，方波对下游气体压力响应的影响更明显，而且方波、三角波和锯齿波具有容易加载的特点，建议采用方波取代正弦波进行周期振荡法试验。研究成果对指导周期振荡法试验和解决低渗透测量难题有一定帮助。     

基于DPSIR模型的沂河水资源可持续利用评价

基于“驱动力-压力-状态-影响-响应”（DPSIR）系统模型,分别从水资源、经济社会和生态环境等方面选取22个评价指标,建立了沂河水资源可持续利用评价指标体系,运用基于层次分析法和熵值法的综合权重法确定各指标权重,采用综合指数法进行水资源可持续利用评价。研究表明：沂河水资源可持续利用综合评价值介于0.478～0.633,可持续利用水平为基本可持续,准则层以影响评价值最高,其次是状态、压力、驱动力和响应。通过实际调研可得,评价结果与流域实际情况基本相符。近年来,沂河水资源可持续利用水平逐渐提高,但未来仍需通过加大政府水利投入、增强人民环境保护观念等措施,提高沂河水资源可持续利用水平。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明:随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。     

基于PSR框架模型的南四湖健康评价

根据＂压力-状态-响应＂（PSR）框架模型,对南四湖健康状态进行评价。选取南四湖流域人口密度、工农业供水需求、富营养化程度、南四湖生物多样性指数、环保投资指数等能够充分反映南四湖压力、状态和响应的指标构建评价指标体系;通过专家经验赋值法对各评价指标进行权重确定,并对指标进行标准化赋值;提出了南四湖健康评价模型并且得出南四湖的健康综合指数;根据健康综合指数,确定南四湖健康状况。研究结果表明,南四湖健康评价指数为0.4051,南四湖健康处于＂亚健康＂状态。     

瓦斯解吸吸热对气体压力测定的影响与煤样罐优化

针对在山西晋城赵庄煤矿井下测定瓦斯解吸压力先升高后降低的异常情况,通过对仪器设备和现场环境存在的原因进行排查分析,确定是由于瓦斯解吸过程中吸热导致的罐内气体温度降低,从而出现解吸压力的测定结果异常。为了解决该问题,利用良好导热材料设计加工成煤样罐,使罐内外达到热平衡,分别研究煤样罐置于空气和水介质中的解吸压力,实验发现煤样罐放置空气中出现了先升高后降低的现象,而在水中解吸压力快速回升。依据实验室瓦斯恒温解吸装置的水浴原理,设计加工形成了双壁内充填水的煤样罐,定量研究分析了煤样甲烷气体解吸热、比热容及需水量,通过实验室测定分析赵庄煤矿煤样的瓦斯解吸规律,验证了该煤样罐能够满足工业应用要求。      

围压对热敏电阻温度计性能以及对其温度场的影响

在有一定高围压作用的动,静三轴冻土实验中,出现高压室内温度测量值不稳定以及突变现象,不是因为热敏电阻温度计本身受压后其特性变化所致,而是由于压力室内围压的变化（升高或降低）引起其温度场（油温）的变化所造成的。     

增压式真空预压处理软基的加固机理

常规的真空预压往往由于竖向排水板堵塞引起排水固结效果差、工期长。对此,笔者采用增压式真空预压处理某一站场软土地基弥补上述不足。通过分析对比增压式和常规真空预压处理方式下地基在加固期内的沉降、孔隙水压力变化特征,评价增压条件下的处理效果。结果表明：采用增压式真空预压三、四区地表沉降量明显大于常规处理的一区,且孔隙水压力消散速度也快于一区;而1.0 m间距的三区产生的预压沉降量较1.2 m间距的四区增加约30%;增压式真空预压利用增压管的增压作用能加速软基排水过程并改良排水板易淤积的不良性能。     

考虑固结的透水管桩沉桩全过程有限元模拟

运用透水管桩技术加快沉桩后桩周土体内超静孔隙水释放,进而消除沉桩施工中超静孔压的不利影响。基于有限元数值计算法,利用ABAQUS有限元软件建立透水管桩模型,实现透水管桩贯入过程以及桩周土体固结过程模拟。对比CEM圆柱孔扩张理论验证数值计算结果;阐述透水管桩贯入过程中位移场以及超静孔压场变化规律;对比分析静压桩和透水管桩桩周土体固结性状,结果表明透水管桩能加速超静孔压消散,短期内实现桩基承载力的快速提升。     

Radial Permeability Measurements for Shale Using Variable Pressure Gradients

Shale gas is becoming an important component of the global energy supply, with permeability a critical controlling factor for long-term gas production. Obvious deviation may exist between helium permeability determined using small pressure gradient(SPG) methods and methane permeability obtained under actual field production with variable pressure gradients(VPG). In order to more accurately evaluate the matrix permeability of shale, a VPG method using real gas(rather than He) is established to render permeability measurements that are more representative of reservoir conditions and hence response. Dynamic methane production experiments were performed to measure permeability using the annular space in the shale cores. For each production stage, boundary pressure is maintained at a constant and the gas production with time is measured on the basis of volume change history in the measuring pump. A mathematical model explicitly accommodating gas desorption uses pseudo-pressure and pseudo-time to accommodate the effects of variations in pressuredependent PVT parameters. Analytical and semi-analytical solutions to the model are obtained and discussed. These provide a convenient approach to estimate radial permeability in the core by nonlinear fitting to match the semi-analytical solution with the recorded gas production data. Results indicate that the radial permeability of the shale determined using methane is in the range of 1×10-6– 1×10-5 mD and decreases with a decrease in average pore pressure. This is contrary to the observed change in permeability estimated using helium. Bedding geometry has a significant influence on shale permeability with permeability in parallel bedding orientation larger than that in perpendicular bedding orientation. The superiority of the VPG method is confirmed by comparing permeability test results obtained from both VPG and SPG methods. Although several assumptions are used, the results obtained from the VPG method with reservoir gas are much closer to reality and may be directly used for actual gas production evaluation and prediction, through accommodating realistic pressure dependent impacts.     

粉土及粉质黏土对静压沉桩桩端阻力影响机制现场试验

为探讨在粉土及粉质黏土中桩端阻力随贯入深度的变化规律,通过在试验桩P1的桩端安装轮辐压力传感器,以及在试验桩P1、P2距桩端200 mm处安装光纤光栅（FBG）传感器,采用两种不同的测试技术全程监测了两根闭口预应力高强度混凝土（PHC）管桩现场贯入过程中的桩端阻力。试验结果表明：桩端阻力与土层的变化密切相关,土层越硬,桩端阻力越大,当桩端从粉质黏土层进入粉土层时,桩端阻力明显增大,粉土中的桩端阻力达到粉质黏土层的2倍;整个贯入过程中,同一土层不同位置的差异性对桩端阻力也存在较大影响,在距离地面1.50 m处,P1和P2桩FBG传感器桩端阻力的差值达到了89.29 kN,而在距离地面3.50~4.50 m处,两桩的桩端阻力则相差较小。     

固底管桩单桩承载力的研究

通过现场对预应力管桩底部采用高压旋喷法进行加固这一新的施工工艺试验,探讨预应力管桩桩端为水泥土情况下的受力机理及提高管桩端阻力和单桩极限承载力的效果,并探讨其在天津地区的适用性。     

Prediction Model of Coal Reservoir Pressure and its Implication for the Law of Coal Reservoir Depressurization

The main methods of coalbed methane(CBM) development are drainage and depressurization, and a precise prediction of coal reservoir pressure is thus crucial for the evaluation of reservoir potentials and the formulation of reasonable development plans. This work established a new reservoir pressure prediction model based on the material balance equation(MBE) of coal reservoir, which considers the self-regulating effects of coal reservoirs and the dynamic change of equivalent drainage area(EDA). According to the proposed model, the reservoir pressure can be predicted based on reservoir condition data and the actual production data of a single well. Compared with traditional reservoir pressure prediction models which regard EDA as a fixed value, the proposed model can better predict the average pressure of reservoirs. Moreover, orthogonal experiments were designed to evaluate the sensitivity of reservoir parameters on the reservoir pressure prediction results of this proposed model. The results show that the saturation of irreducible water is the most sensitive parameter, followed by Langmuir volume and reservoir porosity, and Langmuir pressure is the least sensitive parameter. In addition, the pressure drop of reservoirs is negatively correlated with the saturation of irreducible water and the Langmuir volume, while it is positively correlated with porosity. This work analyzed the reservoir pressure drop characteristics of the CBM wells in the Shizhuangnan Block of the Qinshui Basin, and the results show that the CBM reservoir depressurization can be divided into three types, i.e., rapidly drop type, medium-term stability type, and slowly drop type. The drainage features of wells were reasonably interpreted based on the comprehensive analysis of the reservoir depressurization type; the latter was coupled to the corresponding permeability dynamic change characteristics, eventually proving the applicability of the proposed model.     

应力、应变与构造超压关系及构造超压控制因素分析

构造应力场引起岩石变形，并使孔隙流体压力发生变化，形成异常流体压力。根据对前人岩石力学实验结果的分析，应力与流体压力间为非线性关系，试件的体积应变与孔隙流体压力间为反相关线性关系。构造异常压力和其他异常压力的形成具有共性特征，都可以抽象为由于孔隙体积和流体体积的相对变化这一个因素。由此也可以将异常压力形成的一般过程概括为：孔隙疲充体饱和的岩石，体积缩小会使饱和流体排出，体积增大会使其周围的流体流入，如果渗透率足够大，流体流动顺畅，这一过程流体压力的变化相对较小。在岩石渗透率较小时，由于流量的限制，流体在这一过程中会产生明显的压力变化，形成异常压力。对于符合达西渗流的流体，异常压力计算时，流量可以用孔隙体积相对变化量替代。这样可以描述构造变形等固体变形所引起的异常压力。根据异常压力的极大值为研究区相应深度的最小主应力和岩石抗张强度之和的特点，可以预测流体封存箱箱壁的最小厚度要求，分析流体封存箱形成的基本条件。构造活动过程中，岩石孔隙的体积应变速率和封存箱壁的渗透率直接控制异常流体压力的大小。高应变速率和低的封存箱壁渗透率是形成构造超压的主要因素。     

海拉尔地区三个地层压力的预测与计算

根据已钻井的测井资料,对海拉尔油田的几个主要区块进行了地层孔隙压力、地层破裂压力和井壁坍塌压力的分析和计算,并建立了不同区块的单井压力的变化及本区块压力随深度变化的剖面图。分析研究发现,使用声波时差方法预测地层压力可以取得准确的预测值：破裂压力计算应用了伊顿模式、史蒂芬模式、黄荣樽模式和测井资料法,然后对各种方法进行对比分析发现黄荣樽法破裂压力预测数据准确;而坍塌压力则可以通过莫尔-库仑准则得到满足工程需要的精度。最后综合考虑确定出各个区块的合理安全泥浆密度窗口。     

论帷幕注浆施工中的压力管理

在帷幕注浆施工中,注浆压力是一个重点控制的内容,通过注浆压力的分析、研究,可以判别浆液在岩石裂隙中充填、扩散、挤密过程,从而调节浆液浓度变化、控制注浆量,在很大程度上能控制帷幕注浆治水效果及经济成本。结合赵家湾铜矿帷幕灌浆治水工程,分析了帷幕注浆施工中浆液在岩石裂隙中充填、扩散、挤密过程注浆压力的变化规律,为注浆施工的压力控制提供依据。