地下水循环井修复技术发展现状综述

地下水循环井修复技术（GCW）是通过为地下水创造三维环流来进行地下水修复的新型原位修复技术。本文阐述了该技术在国内外的发展现状,介绍了真空气化井系统、气流提升井系统和密度驱动对流井系统的特点、优势和适用条件以及它们在实际工程的应用情况。针对地下水循环井修复技术目前存在的修复范围小、修复时间长、场地要求高、抽注不平衡等问题,提出需要在大范围水力调控、原位生物修复、多相同步修复、一体化智能设备等方面对该技术进行改进的建议。     

富油煤原位热解开发地下体系封闭方法探讨

我国富油煤资源丰富,采用地下原位热解“取油留碳”是富油煤资源绿色高效开发的主要趋势。富油煤地下原位热解开采尚处于技术研发阶段,需要围绕富油煤原位开发的关键技术开展攻关。地下体系封闭是保障富油煤原位热解开采能量高效利用和生态环保的关键技术之一,亟需研发并构建适于富油煤原位热解开发特点的地下体系封闭技术。根据目前地下体系封闭技术研究与应用现状,系统梳理总结了地下冻结、注浆帷幕、气驱止水、泡沫止水等各类地下体系封闭技术原理与优缺点,深入分析了各类技术的地层适应性。结合富油煤层埋深、层厚、区域构造等地质特点,以及热解开发工艺和规模,讨论了不同体系封闭技术在富油煤热解开发中的适用性。探讨了体系封闭技术研发的发展趋势,即创新现有技术原理、发展复合封闭技术。针对地下体系封闭技术的工程实施,围绕开发前精细设计、开发中严密监测和开发后安全恢复,提出了包括地下体系封闭设计-监测-修复和环境恢复的系统方法。通过整合富油煤原位热解、地下体系封闭、产物驱采、CO₂地质封存等关键技术,提出了富油煤地下原位热解开发及CO₂地质封存一体化技术构想,为我国富油煤地下原位热解开...     

考虑不同水流交换模式的城市洪涝一维二维双向耦合模型

为准确模拟城市洪涝过程,以地表二维流动模型和SWMM一维管流模型为基础,同时考虑地表径流与地下管流交换的3种模式,构建了城市地表与地下管流双向耦合的水动力学模型。采用水槽试验算例和理论算例对耦合模型进行验证,并将耦合模型应用到英国Glasgow城市街区,分析排水管网和不同地表地下水流交换模式对城市洪涝过程的影响。结果表明：模型在试验算例和理论算例的模拟中均具有较好的精度和可靠性,模型能够准确地模拟具有排水管网的城市洪涝演进过程;与无排水系统相比,检查井简化法、雨水口法和雨水口-检查井法3种水流交换模式下Glasgow城市街区模拟的最大淹没面积分别减少9.3%、23.2%和24.5%,其中对重度积水的消减作用更显著,淹没面积分别减少43.6%、79.9%和80.9%;检查井简化法的消减作用要远小于雨水口法和雨水口-检查井法,后两者差异较小。雨水口法和雨水口-检查井法比较符合实际情况,且雨水口-检查井法的计算效率更高更简单,因此,在城市洪涝模拟中采用雨水口-检查井法考虑地表径流与地下管流交换过程更符合实际。     

岩溶水硝酸盐污染原位修复试验

岩溶含水层的极不均一性特征使岩溶水溶质运移受构造、裂隙空间及其发育方向控制;因环境条件复杂,开展岩溶水污染原位修复技术难度较大,截止目前,国内尚未系统地开展岩溶含水层水污染原位修复研究工作。文章选择鲁中南山区典型岩溶发育及硝酸盐污染地段,施工组合钻孔建设修复试验工程,采用“乙醇+葡萄糖”液态碳源和“聚乙烯醇+淀粉颗粒”固态反应器分别进行岩溶水硝酸盐污染原位修复试验。结果表明:浓度500 mg?L－1、1 000 mg?L－1的“乙醇+葡萄糖”反硝化溶液对硝酸盐浓度的降解率分别为6.45 %和21.52 %;单位长度组成材料“聚乙烯醇3 kg+淀粉颗粒3 kg”、“聚乙烯醇2 kg+淀粉颗粒4 kg”的两种反硝化固态反应器对硝酸盐浓度的降解率分为33.91%和34.96%。试验证明在裂隙型岩溶地区采用孔组方案进行地下水污染原位修复技术可行、且能取得较显著效果。修复工程布设方式和试验成果对类似地区开展岩溶地下水污染原位修复具一定借鉴意义。      

土壤中可挥发性污染物清除的离心试验研究

土工离心模拟试验技术是研究环境岩土工程问题的有效手段。本文研究了非水相流体污染物在非饱和土中的迁移以及随后的抽气清除过程。 当离心机运行到要求的加速度时,汽油污染物从地下油罐中释放并在非饱和土中迁移一年,之后采用土壤通气法对污染土壤进行修复。对土壤取样分析,得到污染物在土体中的迁移规律和分布特征。试验结果表明,土壤通气法可以清除非饱和土体中的挥发性有机污染物,是一种有效的原位土壤修复技术。     

地下水污染特征及其修复技术应用探析

地下水是重要的供水水源和生态系统要素,其水质在不断受到污染,地下水污染防治势在必行。分析我国地下水污染的特点,污染物的种类,结合国内外的资料,对地下水污染异位修复技术和原位修复技术在地下水污染修复中的应用进行了分析和总结。研究表明:寻找适用、经济、技术可行、无二次污染的生态修复技术是修复行业的发展趋势。构建地下水污染修复体系,修复存量污染同时,应加强预防新的污染,维系地下水的生态安全。     

采用CIPP法修复哥伦布市河滨公园排污管道

哥伦布市河滨公园的地下排污管道承担了该市95％的排放量,直径72英寸的混凝土管道由于硫化氢气体腐蚀发生了破损,危及这一著名风景。采用CIPP法成功地对其进行了修复。     

地下水渗透反应格栅技术发展综述

面对日益严重的地下水污染,地下水渗透反应格栅技术作为一种原位、简易、被动技术在地下水污染修复中被广泛研究和应用。依据渗透反应格栅技术的定义及发展历程,渗透反应格栅技术的发展大致可以分为2个阶段,即2000年以前的传统零价铁渗透反应格栅阶段和2000年以后的新型复合介质渗透反应格栅阶段。伴随地下水污染形势的日益复杂化,以及渗透反应格栅技术的不断应用和材料科学等其他学科的飞速发展,未来渗透反应格栅技术的发展将主要集中于复合介质与新介质的开发、组合式渗透反应格栅技术的研发、渗透反应格栅技术与其他修复技术的联用以及渗透反应格栅工程的长期监测及管理。     

油页岩地下原位转化与钻采技术现状及发展趋势

我国油页岩地质资源量巨大,是保证我国能源安全的重要战略资源。油页岩地下原位转化开采是油页岩工业的发展趋势,在系统收集相关资料、数据和调研的基础上,总结了国内外油页岩原位转化技术的发展历程,提出了高效加热技术、储层改造技术和地下空间封闭技术三个油页岩原位转化核心技术,并对这三大核心技术的主要技术特点和发展现状做出了进一步分析。在明确油页岩地下原位转化开采低成本、高产量和低污染的目标基础上,提出了地表井下协同加热-多阶段物理化学复合加热-自生热驱动链式原位裂解的热流体原位复合加热技术、双水平井小井距电磁测距导向技术、多工艺精确储层改造压裂技术、注浆帷幕和气驱止水地下空间封闭技术等油页岩原位转化核心技术的发展方向,以期对我国油页岩地下原位转化开采技术提供借鉴和参考。     

小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统及试验研究

基于原位瞬态压力脉冲法原理及求解方法,研发了由数据采集控制系统、脉冲压力施加系统、测杆系统3部分组成的小尺度原位瞬态压力脉冲渗透性测试系统（已获国家发明专利[1]）。该系统结构简单、易于控制、使用方便,可用于快速原位测量核废料地下处置、能源地下储存和深埋等地下工程中低渗透围岩的渗透率以及测试空间狭窄和岩体扰动要求严格的其他工程岩体渗透率。利用该系统实施了原位瞬态压力脉冲渗透率测量试验,试验结果验证了该系统的适用性、稳定性和准确性。     

水工隧洞钢筋混凝土衬砌外水压力取值方法研究

外水压力是隧洞衬砌承受的主要荷载之一,也是控制其建设与运行或检修过程中衬砌结构安全的关键因素。目前外水压力的取值仍然以经验公式为主,存在很大的局限性和不准确性。首先分析对比了衬砌外水压力的折减系数法、理论解析方法和数值分析方法几种取值方法,然后进行了不同渗透环境和衬砌支护条件下的衬砌外水压力计算。结果表明,随着围岩渗透性和衬砌厚度的增大,衬砌外表面的水压力越大;对于渗流数值计算,模型范围应取距离隧洞中心不小于30倍洞径;考虑渗流场的时间效应,开挖完成10 d后隧洞的渗流场趋于稳定,衬砌支护20 d后衬砌外侧水压力分布趋于稳定。     

基于统一强度理论的巷道围岩抗力系数研究

在岩土工程中,岩石抗力系数K反映了岩石抗力的大小,是设计环节中需要确定的一个极为重要的基础计算参数。基于统一强度理论,将巷道围岩视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,推导出了巷道围岩抗力系数计算统一公式,改变公式中的参数可以退化为其他围岩条件或者其他强度理论条件下的围岩抗力系数计算公式。研究结果表明,反映中间主应力对材料屈服影响的参数b、材料的黏聚力c、内摩擦角?、孔隙水压力、地应力、衬砌压力均对围岩抗力系数K有一定影响。     

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程,提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力,进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间,确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力,得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果,两者比较一致,说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌,计算得到衬砌背后压力约0.04～0.06 MPa,衬砌分担围岩压力比例约13%～16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。     

Review: Some low-frequency electrical methods for subsurface characterization and monitoring in hydrogeology

Low-frequency geoelectrical methods include mainly self-potential, resistivity, and induced polarization techniques, which have potential in many environmental and hydrogeological applications. They provide complementary information to each other and to in-situ measurements. The self-potential method is a passive measurement of the electrical response associated with the in-situ generation of electrical current due to the flow of pore water in porous media, a salinity gradient, and/or the concentration of redox-active species. Under some conditions, this method can be used to visualize groundwater flow, to determine permeability, and to detect preferential flow paths. Electrical resistivity is dependent on the water content, the temperature, the salinity of the pore water, and the clay content and mineralogy. Time-lapse resistivity can be used to assess the permeability and dispersivity distributions and to monitor contaminant plumes. Induced polarization characterizes the ability of rocks to reversibly store electrical energy. It can be used to image permeability and to monitor chemistry of the pore water–minerals interface. These geophysical methods, reviewed in this paper, should always be used in concert with additional in-situ measurements (e.g. in-situ pumping tests, chemical measurements of the pore water), for instance through joint inversion schemes, which is an area of fertile on-going research.     

Effect of an incremental change in external water pressure on tunnel lining: a case study from the Tongxi karst tunnel

Tunnel water inrush disaster is a serious problem in karst tunnel construction and occurs extensively in southwestern China. To prevent water inrush, hydraulic lining has been utilized extensively in karst tunnel construction. The failure of the hydraulic lining in the Tongxi tunnel is an example of a typical failure case that has yet to be fully analyzed. In this paper, the failure of the waterproof liner was studied by theoretical and numerical methods. By field investigation, the failure of the tunnel lining was attributed to a high hydraulic pressure head converging in the large karst caves behind the lining. The corresponding mechanical model can be simplified as a “karst cave water pressure” model. The key to the mechanical model was to determine the water pressure of the karst caves produced by the lining. The variation in water pressure was directly related to the cave’ reservoir volume, catchment flow and catchment time. Thus, volume calculation formulas for two types of karst caves (strike and oblique caves) in the studied tunnel were constructed based on the engineering geological conditions. Considering the precipitation, the flow rate in the karst caves was regarded as nearly constant during the catchment period. Hence, reservoir volumes during different periods can be calculated and converted to the stress boundary conditions of the lining. Then, the mechanical response of the tunnel under different water levels was calculated by numerical simulation. Combining the field investigation and monitoring data, the tunnel lining failure was mainly believed to be triggered by hydraulic fracturing failure due to a high-pressure head. Finally, prevention measures were proposed based on the results of this study.

     

昆仑山多年冻土隧道施工温度影响分析

青藏铁路昆仑山隧道现场实测气温和地温资料表明，施工期间隧道衬砌现浇混凝土水化热、冬季施工采取的保温措施以及其它人为活动，造成了该隧道围岩的多年冻土融化较多．考虑水分迁移和冰水相变耦合影响，根据瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程和质量迁移方程，应用伽辽金法推导出了有限元计算公式，在ANSYS计算软件的工作平台上开发了计算软件，运用该计算软件对昆仑山隧道施工期间的融化进行了回冻预测分析，结果表明：保温材料对昆仑山隧道的回冻起着阻碍作用．在现场观测寒区隧道围岩的温度和应力时，必须考虑施工期间的融化圈的影响，而观测时间要长一些，否则，测量的温度和应力与隧道稳定后的温度和应力将有较大的差异。     

寒区有隔热层的圆形隧道温度场解析解

在多年冻土地区修建隧道,会影响到多年冻土的热稳定性,目前一般采用在隧道衬砌中设置隔热层的方法来防止冻土嗣岩融化.根据隧道现场实测的气温资料,考虑正弦曲线规律变化的对流换热边界条件,建立了一次衬砌、隔热层、二次衬砌及围岩4层结构的圆形隧道热传导方程.运用微分方程求解方法和贝塞尔特征函数的正交和展开定理,对4个热传导方程进行了求解,得到隧道一次衬砌、隔热层、二次衬砌及同岩4层结构温度场的解析解,将计算结果与现场实测结果进行比较,吻合良好.计算结果还表明,在衬砌中铺设厚5 cm、导热系数为0.03 W·m-1·℃-1的隔热层可以保证风火山隧道围岩不发生季节性融化.该解析解可用于验证其它数值方法的计算结果,也便于工程设计人员和施工人员对同类寒区隧道进行温度场的计算,因而具有一定的工程应用价值.     

水质分析在重庆笔架山隧道防腐设计中的应用

我国是拥有隧道数量最多及总长度最长的国家。同时也是隧道病害最严重的国家之一。由于隧道的主体是处于天然介质环境中的人工地下结构，在运营中会出现衬砌腐蚀等多种病害和危害。进行合理的防腐设计对隧道的安全、舒适、正常运营具重大意义。在南方富含腐蚀性介质地区，地下水容易沿衬砌的各种孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土等产生侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。故地下水对混凝土的侵蚀性是隧道防腐设计的重要组成部分。作者在掌握笔架山隧道工程地质、水文地质资料及查明环境水含腐蚀性介质的来源、成分基础上，利用隧道水简(化学)分析、地质调查、裂隙水统计等手段定性及定量评价环境地下水对衬砌混凝土腐蚀程度。认为基岩地下水不会对衬砌产生化学腐蚀。从而科学地修正了隧道的防腐设计。此结论及时反馈于施工，在后来的施工中取消了耐腐蚀混凝土及其它混凝土外加剂，节省了投资，加快了施工进度。     

浅埋大跨度隧道拆撑对初支安全性影响分析

针对浅埋大跨度隧道拆撑对初期支护安全性影响,对厦门东通道（翔安隧道）陆域CRD法施工段采用现场监测和数值模拟两种方法。对比分析表明,两种方法所得结果吻合良好。研究结果表明,在纵向一次性拆撑长度为10 m的情况下,对拱顶下沉的影响在5 %～10 %左右,初期支护安全系数降低约5 %～15 %,初期支护的安全性受临时支护拆除的影响较小,这为实现隧道的信息化施工提供了依据,也为今后的相关工程积累了经验。     

磁西矿超深井筒原岩地应力研究

介绍了磁西超千米井筒设计和地质条件,展示了井壁受力的实测方案以及依据包神解析公式进行地层原岩应力反演计算的原理。实测结果反演得到了井筒1 208 m深处的水平应力平均估值以及不均匀分布情况,水平应力与垂直应力之比符合自重应力场的规律,侧压力系数估值约为0.256~0.278之间。通过有限元数值模拟,图形化展示了井筒地应力分布,验证了实测反演数据的合理性,同时也反映了岩层剪切模量和构造等地质条件对水平应力不均匀分布的影响规律。结合对该矿区宏观地质构造运动演化和地质力学的定性分析原理,综合地分析了实测结果、解析反演和数值计算之间的一致性,对水平原岩应力Hoek & Brown统计规律的普适性提出了质疑,讨论了现有原岩应力解析计算方法,为采用包神公式进行井壁设计供了参考。