基于离散裂隙网络法和水流数值模拟技术的地下水封洞库水封性研究

水封性是保证地下水封洞库安全运营的关键,目前研究地下水封洞库水封性的主要难点在于裂隙岩体含水层强烈的非均质性和各向异性。以某地下水封洞库工程为背景,通过实测裂隙几何参数分析裂隙发育特征,建立了研究区离散裂隙网络模型。之后对研究区进行网格化划分计算了各单元体渗透系数张量,基于对裂隙渗流基本规律的理解和假设建立了研究区高精度的非均质各向异性渗流模型,并对研究区渗透性特征进行分析。通过建立非均质各向异性渗流模型对水幕系统水封性能进行了探讨并与传统均质各向同性渗流模型进行对比分析,利用该模型可以弥补传统均质各向同性渗流模型的不足,更加准确地评价由于裂隙岩体非均质各向异性造成的储品泄漏风险。     

支撑剂对单裂隙花岗岩的渗流特性与热交换影响试验研究

裂隙岩体地热资源的开发过程主要涉及裂隙渗流与热量交换两方面的问题.针对这２个问题,从室内试验出发,以平直裂隙、粗糙单裂隙花岗岩岩样为研究对象,分析支撑剂在不同渗压、围压与温度条件下对单裂隙花岗岩的导水特性和能量交换率的影响.试验结果表明:平直裂隙与粗糙裂隙的等效水力开度和水力传导系数均随渗压的增加而不断增大,随围压和温度的升高而降低,在同一条件下,平直裂隙的等效水力开度和水力传导系均略低于粗糙裂隙.支撑剂对粗糙裂隙的导流能力有着显著的提升,当增大渗压时,４组粗糙裂隙水力传导系数为１．２５~２．４５mm/s,而添加支撑剂后,其水力传导系数为１５．３０~２８．６４mm/s,经计算可知,含支撑剂裂隙水力传导系数是粗糙裂隙岩样的９~１６倍;当增大围压和温度时,虽然粗糙以及含支撑剂裂隙水力传导系数均不断减小.但含支撑剂裂隙的水力传导系数仍比未添加支撑剂的粗糙裂隙大一个数量级以上.最后,对３种裂隙岩样
的热交换效率进行分析,得出支撑剂裂隙岩样的能量交换率是平直裂隙、粗糙裂隙的９~３３倍.      

单轴压缩条件下不同含水率黑云母二长花岗岩破坏特征与机制

花岗岩在不同含水率条件下的变形破坏特征和机制对此类工程岩体稳定性评价具有重要的意义。开展不同含水率黑云母二长花岗岩单轴压缩试验,分析破坏特征和应力-应变曲线特征,开展断口扫描电镜试验,分析微观形貌特征,研究破坏机制。试验结果表明:黑云母二长花岗岩具有明显的应变软化特征;随含水率增大,曲线上微裂隙压密阶段长度逐渐增加,稳定破裂阶段及非稳定破裂阶段长度均逐渐缩短,但所占比例增大,曲线上峰前阶段涨落交替现象加剧;饱和时单轴抗压强度和弹性模量相比干燥时分别降低了40.68%,20.3%;变形破坏过程可大致分为以下5个阶段:平静期、裂纹萌生期、裂纹扩展伴随颗粒弹射期、片状碎片剥落伴随颗粒弹射期及崩落式破坏期;随含水率增大,花岗岩破坏时的剧烈程度、发出的声响及脆性程度均逐渐降低;花岗岩破坏机制为拉-剪复合破坏,低含水率时以压致拉张破坏为主,随含水率增大呈现拉张破坏减少而剪切破坏增多的趋势,饱和时以剪破坏为主。研究结果可为黑云二长花岗岩与水之间的耦合模型构建提供理论支撑,对水-岩耦合环境下工程岩体稳定性分析具有重要科学意义。      

考虑原油静止储存胶凝沉积的地下水封洞库潜液泵水力设计方法

地下水封洞库原油恒温且储油环境稳定,在储存过程中存在原油静止储存胶凝沉积。对以扬程为特性参数的潜液泵水力设计提出约束条件,分析地下水封洞库原油静止储存胶时存在凝沉积过程,建立地下水封洞库储油胶凝沉积层厚度预测方法,通过振荡剪切实验获取胶凝沉积层发生剪切破坏所需剪切应力;考虑开启潜液泵时剪切流场产生切向应力,建立地下水封洞库储油周转过程的胶凝结构破坏力学模型。以水力输送和剪切破坏为约束,建立考虑原油静止储存时存在胶凝沉积的地下水封洞库潜液泵水力设计方法。以某地下水封洞库为工程背景,应用并验证潜液泵水力设计方法。结果表明：应用该水力设计方法优化潜液泵适宜扬程为139.0 m,高于满足最低工作要求扬程的6.1%。原油流变性实验结果验证模型的可行性,原油动力黏度与相对密度的增大削弱胶凝沉积层的剪切破坏效果,对于不同工况,较大的原油动力黏度与相对密度可以提升储油周转过程破坏胶凝沉积层的稳定性。该结果为地下水封洞库储油周转过程的安全与优化运行提供依据和方法。     

金佛寺岩体地球化学特征及成因

金佛寺岩体是一个晚志留世侵入于北祁连造山带中的花岗质岩体,主要由黑云母二长花岗岩,黑云母钾长花岗岩和黑云母石英二长岩组成。岩体中岩石w(SiO2)为67.09%~74.97%,w(K2O)/w(Na2O)为1.18~1.83,w(MgO),w(TFeO),w(CaO)和w(Al2O3)随w(SiO2)增大而减小,而w(K2O)增大。ANCK为1.06~1.24,均属铝过饱和,σ为1.25~2.48,属钙碱性系列。ΣREE为(21.36~254.9)×10-6,与w(SiO2)呈负相关关系,多数稀土配分曲线相似:轻稀土分异明显大于重稀土。δ(Eu)为0.64~0.19,铕的亏损随w(SiO2)增大而增大。Ni,Cr,Co,Sc,V和Sr随w(SiO2)增大而变小,Rb增大,Th和Th/U比值呈正相关,Ta与Nb/Ta呈负相关。岩体的主量元素、稀土和微量元素的变异主要由深熔过程引起,而不是结晶分异作用引起的。主要源岩是富长英质的,而不是富泥质的,其矿物组合可能是普通角闪石 黑云母 斜长石 钾长石 石英,与北大河岩群很相似。     

浑厚山体随高程增加由表及里地震动响应研究

为探究浑厚山体不同高程由表及里地震动响应规律,以冷竹关山体为例,采用离散元软件建立地形与风化介质组合模型,并从底部边界输入汶川地震波信号,研究该山体两侧边坡的内外动力响应规律。结果表明,随着高程的增加,靠大渡河一侧边坡坡体内与坡表的加速度放大系数均表现出先增大后减小的节律性变化,在近坡顶时增大较快并达到最大值;靠近瓦斯沟一侧边坡坡表受地形起伏的影响,加速度放大系数存在凸坡放大、凹坡减小的特征;相同高程,随边坡由表及里深度的增加,加速度放大系数表现为逐步减小,当距坡表150~200 m时放大曲线趋于平缓;随高程的增加,加速度放大系数由表及里的减小速度变缓,且放大曲线收敛平缓的深度增大;随岩体风化程度的增加,岩体介质波速降低,共振效应使得加速度响应增大,与此同时,斜坡地形与介质组合效应使得坡表峰值加速度放大系数在2.0附近。     

坝基岩体岩石质量指标、波速和透水率的关系——以青海玛沁地区玛尔挡水电站为例

坝基岩体质量分级指标包括岩石质量指标(RQD,Q)、纵波波速(V)以及透水率(ω)等。他们相互之间存在一定关系,并随深度(h)的变化而变化。以青海玛沁地区玛尔挡水电站河床坝基6个钻孔的实测数据为基础,对上述指标随深度的变化规律及相互关系进行研究。结果表明:同一深度的岩石质量指标差异较大,但整体上随深度的增加呈线性带状增大,上、下限的线性关系分别为Q=0.488h+67.886与Q=0.309h+2.319;透水率与深度具有较好的相关性,随深度增大,透水率呈幂函数曲线下降趋势,即ω=1 329.192h-1.599;岩石质量指标、透水率和深度的拟合度较高;随着岩石质量指标的增加,纵波波速整体上呈线性带状增大的趋势,上、下限的线性关系分别为V=40.493Q+3 612.9和V=32.458Q+1 822.6,而透水率的几何平均值呈下降趋势,与岩石质量指标的算术平均值具有很好的相关性,即ω=6.378-3.708×10~(-7) Q~(3.832)。     

层理倾角对页岩三轴应力应变测试和纵横波速度的影响

针对页岩层理发育的特点,根据不同层理倾角条件下的三轴压缩实验和纵横波速度测试,获得层理倾角对页岩破坏形态、强度、弹性模量、泊松比和纵横波速的影响,明确轴向应力与纵横波速度变化关系,建立研究页岩储层的动、静态弹性模量与泊松比的相关因数,分析页岩的力学参数、纵横波速度的变异因数和各向异性因数。结果表明:页岩力学参数及纵横波速度受层理倾角线性变化,轴向应力与纵波速度正相关,动静态弹性模量和泊松比相关因数分别为1.39、1.18,力学参数的变异因数和各向异性因数均值较超声波速度大。该结果可以为页岩气测井解释、钻井设计和水力压裂改造提供基础参数。     

混沌RBF神经网络的地磁变化场预测模型

提出一种融合混沌理论和RBF(radial basis function)神经网络的地磁变化单站预测模型。分析磁场数据的混沌特性,求取关键参数嵌入维数m和时间延迟τ,据此对初始数据进行相空间重构,并将经混沌理论优化的样本集作为神经网络的训练集和测试集进行仿真实验。结果表明,经混沌理论改进后的RBF神经网络模型可以较为准确地预测地球磁场的变化趋势,对我国地磁场的适用性较好,具有一定的泛化能力。     

裂隙岩体循环冻融变形特征及影响因素分析

高寒、高海拔地区由于反复冻融导致的岩体变形破坏,对区内工程建设有重大影响。为研究不同裂隙条件下岩体循环冻融特性,在汶马高速沿线选择具有代表性的千枚岩和砂岩,制备了不同裂隙条件（长度、张开度、裂隙组数）试样,在干燥和饱水两种状态下分别进行大温差（-20℃到20℃）循环冻融（50次）试验。试验揭示了饱水裂隙岩样冻融变形过程:冻缩→冻胀→冻缩（冻结阶段）→融胀→融缩→融胀（融化阶段）,干燥裂隙岩样冻融变形过程:冻缩（冻结阶段）→融胀（融化阶段）。进一步,选择冻胀量εd为指标,分析了两类岩样冻融循环次数与εd的关系,揭示了裂隙长度、宽度和组数对εr的影响规律;选择残余变形量εr为指标,揭示了千枚岩和砂岩试样在饱水条件下εr随εd的增加规律,获得了εd与εr间的定量关系;分析了干燥和饱水试样单轴抗压强度随冻融循环次数增加而减小规律,确定了冻融次数与试样劣化间的线性关系。最后,初步讨论了饱水条件、岩性和裂隙条件对岩体冻融循环变形的影响机制。      

围压与轴压共同作用对恐龙化石应力场的影响

包括恐龙化石在内的古生物化石是重要的地质遗迹,是研究生物进化的最重要资料。该文从物理力学角度,通过数值试验模拟分析围压和轴压作用下对恐龙化石强度和破坏特性的影响效果。试验结果表明:不同埋深时围压对含有不同角度裂隙化石应力影响较大,随着埋深增加,含有裂隙化石的应力大幅增大。在围压与轴压共同作用时,埋深对开裂角的影响较小,而随埋深增大时极限载荷也随之增大。同时,在不同埋深下开裂角随裂隙角度的变化趋势一致,均随着裂隙角度的增大而减小;而极限载荷随裂隙角度的变化趋势一致。     

优化组合预测模型在桥梁变形预测中的应用

为提高桥梁变形预测的精度,探讨不同预测模型在桥梁变形预测中的效果,结合桥梁变形监测数据及组合预测思路,构建桥梁的MC误差修正优化组合预测模型。通过实例验证得出,组合预测较单项预测具有更高的预测精度及稳定性,其中以RBF神经网络组合的预测精度最高;同时,误差优化修正模型进一步减小了预测误差,优化后预测结果的相对误差期望值为0.86%,方差值为0.097 3 mm2,准确预测了桥梁变形,验证了该思路的有效性。     

华南南岭地区中生代花岗岩体年代学及氧逸度特征

华南南岭地区中生代花岗岩钨锡成矿活动十分剧烈。采集了南岭地区清湖岩体、姑婆山岩体(锡矿)、雪花顶岩体、骑田岭岩体(锡钨矿)和九峰岩体5处出露花岗岩锆石样品,并进行锆石UPb年代学和微量元素分析。结果表明:花岗岩年龄主要集中在146~166Ma之间,与前人所测年龄在误差范围内一致;其锆石Ce4+/Ce3+值总体偏低(低于200),EuN/Eu*N值均小于0.4,无论是与锡(钨)矿有关的花岗岩还是普通花岗岩,都显示较低的氧逸度特征,明显低于年龄较老的大宝山铜钼矿、德兴斑岩铜矿的锆石Ce、Eu异常。因此,南岭地区中生代时可能离古太平洋板块俯冲带较远,受到俯冲流体影响较弱,可能形成于古太平洋板块SW向俯冲背景下。     

剪切速率对岩石节理强度特性的影响

不同剪切速率下岩体结构面的力学特性研究是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提。基于Barton峰值抗剪强度理论和均方根一阶导数值法的节理粗糙度系数计算方法,对前人研究中关于定法向应力条件下不同剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度的室内直剪试验结果进行整理与计算,探究剪切速率对岩石节理总摩擦角的影响规律,提出与速率相关的岩石节理峰值抗剪强度经验公式。结果表明:当剪切速率在0~0.8mm·s-1范围内时,岩石节理试样的总摩擦角随剪切速率的变化呈现负对数变化规律;对于均质性和各向同性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现减小趋势,对于非均质性和各向异性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现增大趋势,且后者总摩擦角增大幅度小于前者的减小幅度;岩石节理的物性和微观几何形态对总摩擦角随剪切速率的增加而变化的影响较大,节理面的物性主要影响总摩擦角随剪切速率增加呈现增大或减小的变化趋势,节理面的微观几何形态主要影响总摩擦角随剪切速率的变化幅值。     

高温花岗岩遇水冷却后可钻性试验研究

快速冷却作用下花岗岩可钻性的研究,对提高干热岩坚硬研磨性地层的钻进效率具有重要意义。以花岗岩为研究对象,对不同温度（室温至６００℃）遇水冷却后的岩样进行了压入硬度试验、摩擦磨损试验和室内微钻试验。试验结果表明:高温与快速冷却对花岗岩的可钻性产生了显著影响,可钻性上升明显;冷却后的岩样压入硬度减小,塑性系数增大,但６００℃的花岗岩仍然处于低塑性阶段;摩擦磨损试验下对磨件胎体与岩样失重量随温度升高逐渐增大,花岗岩的研磨性越来越强;微钻试验下钻进速度加速增大,３００℃前后的上升幅度分别为２２．５％,１１０％,这是岩石力学性质劣化、结构破坏的突出 反 映。试验结果可以为干热岩等中深层地热钻井施工过程中的破岩和钻井技术提供理论指导。      

储层砂岩波阻抗及拉梅常数实验研究

地层条件下应用岩石物理参数测试系统(MTS)测试了岩石纵横波速度,结合已研究成果,根据实验数据和计算结果总结了波阻抗和拉梅常数与不同地层条件的关系,得到地表条件下岩样(饱气)的波阻抗随岩石孔隙度的增加而减小。同一个岩样(饱水)的波阻抗随着模拟地层深度的增加而增加。在各自相对应的模拟地层深度条件下,饱水岩样的纵波阻抗和拉梅常数值均明显大于饱气岩样的数值,但横波阻抗变化很小。     

高温作用下干热岩物理性质实验

为了揭示高温作用下干热岩物理力学性质的变化规律,分析不同温度下干热岩孔隙度与渗透率、导热系数等,通过岩石力学单轴、三轴加载实验,揭示干热岩在高温作用下变形与破坏特征、抗压强度及断裂韧性等力学参数的变化规律。结果表明：温度由常温升至400℃时,干热岩孔隙度增大0.86%,接近常温状态下2.4倍,渗透率增大超140%,导热系数下降超过49%;随温度升高,干热岩塑性逐渐增强而抗压强度降低,超过300℃温度后,抗压强度呈“断崖式”下降,弹性模量较常温状态下降超过10%,泊松比基本呈线性下降;高温热应力促使干热岩内部孔隙结构发育,温度快速升高导致声发射事件不断向应力加载前期移动,断裂韧性逐渐减小,600℃温度时为常温下的22.4%。该结果为干热岩人工换热系统储层改造工程设计提供参考。     

爆破作用下顺层岩质边坡稳定的可靠性分析

基于可靠度理论建立顺层岩质边坡稳定的可靠性分析方法,获得顺层岩质边坡可靠指标和失稳概率的计算表达式。以某高切坡为例分析其稳定状态和失稳概率,并据此探讨不同粘聚力、内摩擦角、炸药量和爆心距条件下边坡失稳概率的变化规律。计算结果表明,粘聚力对边坡的失稳概率影响较大;随着内摩擦角的增加,边坡失稳概率近乎线性减小;当单孔药量从10 kg增大到160 kg后,失稳概率增幅97.10%;当爆心距小于20 m时,边坡的失稳概率减小的速度很快,而爆心距超过20 m后边坡失稳概率减小的幅度较小。考虑爆破振动的时效性,爆破荷载使边坡失稳概率增大49.61%,单次爆破振动的影响时间约6 s。     

EOF-LSTM神经网络的电离层TEC预报模型

为有效利用电离层总电子含量序列的时间信息,提出一种经验正交函数分解与长短期记忆神经网络组合的预报模型,利用IGS提供的云南地区TEC格网数据,分别对不同地点和不同时段的电离层进行建模预报。实验结果表明,该模型在同一时段预报5 d的TEC值均方根误差最优达1.83 TECu,较单一模型减小16%,其平均相对精度最优达91.56%,较单一模型增加7%;在同一地点预报5 d的TEC值均方根误差最优达1.86 TECu,较单一模型减小25%,其平均相对精度最优达90.74%,较单一模型增加7%。     

基于特征注意力机制的RNN-Bi-LSTM船舶轨迹预测

【目的】为更准确预测船舶轨迹,基于RNN、Bi-LSTM和注意力机制,研究一种结合特征注意力机制的RNN-Bi-LSTM的船舶轨迹预测模型。【方法】基于AIS数据构建基于循环神经网络(RNN)与双向长短时记忆网络(Bi-LSTM)的混合神经网络模型,并在混合模型中加入特征注意力机制对数据特征进行权重分配,提升模型对船舶轨迹预测精度。【结果】使用实际运行的船舶AIS数据,对模型的有效性和实用性进行验证,测试集均方误差为2.751×10^-5、均方根误差为5.245×10^-3,在连续弯道预测中的均方误差为4.359×10^-6、均方根误差为2.088×10^-3。【结论】结合特征注意力机制的RNN-Bi-LSTM相较于传统的预测神经网络,船舶轨迹预测精度更高,尤其在弯道预测中也表现出较好的符合度。