榆神府矿区富油煤多尺度孔隙结构特征

利用富油煤提油炼气是弥补我国油气供给不足的重要措施,而富油煤的孔隙发育特征及其渗透能力等方面的研究是开发利用富油煤的基础工作。以榆神府矿区富油煤为研究对象,采用低温液氮吸附法、压汞法、核磁共振法以及气渗透法等多元手段对富油煤多尺度孔隙结构进行分析,并开展富油煤全段孔隙表征研究。基于富油煤多尺度孔隙结构测试结果,开展富油煤孔隙特征与传统低阶煤样差异性讨论。结果发现:榆神府矿区富油煤微小孔隙极为发育,占比高达70%以上,大孔、中孔发育相对不足,仅占总孔隙的25%~30%;核磁共振结果与低温液氮吸附法、压汞法联合表征结果对比发现,联合低温液氮吸附法与压汞法可较好地表征煤样全段孔隙;相较于传统低阶煤,富油煤具有较大的孔比表面积与低温氮吸附量,分别为27.48 m2/g、40~50 cm3/g,具备富油煤提油炼气的良好物性条件。      

基于CT-CA的天然裂隙岩石受拉破坏特性研究

岩石内部存在的裂隙、孔洞等天然损伤对岩石的力学性能和破坏过程有重要影响,依据细胞自动机理论结合CT无损识别技术实现了含天然裂隙岩石在劈裂条件下裂纹扩展和贯通全过程及其力学性能变化规律的研究。从裂隙砂岩的真实细观结构出发,构建了天然裂隙岩石的数值计算模型,运用CASRock数值计算软件完成了含不同裂隙倾角的砂岩劈裂破坏的数值试验,分析了裂隙倾角对砂岩的力学特性、裂纹扩展过程及能量演化的影响规律。研究表明：(1)天然裂隙砂岩的抗拉强度与裂隙倾角密切相关,随着裂隙倾角的增加,其抗拉强度呈现先减小后增加的趋势;(2)裂隙起裂于天然裂隙尖端,当裂隙倾角0°≤θ<48°时,岩样的破坏是由错开型裂纹引起,裂纹沿着与天然裂隙近垂直方向扩展;当裂隙倾角48°≤θ<94°时,岩样的破坏是由张开型裂纹引起,裂纹沿着与天然裂隙近平行方向扩展;(3)劈裂过程中裂纹尖端应力场存在拉应力区和压应力区,拉应力造成翼裂纹由天然裂隙尖端沿加载端方向萌生扩展,而压应力则引发次生裂纹沿天然裂隙方向扩展;(4)含天然裂隙砂岩劈裂破坏过程能量演化可划分为4个阶段,随裂隙倾角的增大,峰值点处的总能量密度、弹性能密度先缓...     

黄河几字弯区煤炭基地地质灾害与生态环境典型特征

“黄河流域生态保护和高质量发展”现已上升为国家重大战略,黄河几字弯区为黄河流域重要组成部分,也是我国煤炭能源重要聚集区。现区域分布有6个国家级煤炭基地,煤炭产量约占全国的40%,在我国能源安全供给保障中占有“压舱石”的地位。但该区域地处西部干旱?半干旱地区,生态环境脆弱、抗扰动能力差,易在煤炭开采过程中诱发各类地质灾害,产生水位下降、水土流失、土地沙化等生态环境问题,成为该区域煤炭工业高质量发展的核心制约因素。基于前人大量文献、报道及官方统计数据资料,对黄河几字弯区6大国家级煤炭基地地质环境特征予以剖析,并对该区域煤炭基地所面临的主要地质灾害及生态环境问题进行总结,凝练出各自的发育类型及典型特征,研究表明:(1) 黄河几字弯区中主要聚煤地层为侏罗纪及石炭?二叠纪地层,区域地质构造相对简单、煤层大多埋藏较浅、厚度大而稳定,适合于开展大规模工业化开采。(2) 黄河几字弯区内6大煤炭基地地质灾害处于高度易发区,地质灾害发育特征与地貌类型、采矿过程和人类工程活动密切相关,其中,宁东、神东基地和陕北基地西北部位于风积沙区,主要存在地面塌陷及地裂缝灾害;晋北、晋中、黄陇基地以及陕北基地东南部因位于黄土高原腹地,受季节性强降雨、采煤活动等影响,易发育黄土崩塌、滑坡、泥石流等灾害。(3) 区内各煤炭基地生态环境问题及影响程度存在一定差异,其中,神东、陕北煤炭基地以采煤活动引起的地下生态水位的问题最为突出;宁东、神东煤炭基地土地荒漠化问题严峻;而陕北、黄陇、晋中、晋北煤炭基地则主要面临着水土流失问题。研究成果对推动黄河几字弯煤炭资源基地的可持续开发、实现黄河流域生态保护和高质量可持续发展提供基础性借鉴。      

自钻式原位剪切旁压模型试验颗粒流模拟

基于颗粒流理论思想,应用PFC3D 程序对自钻式原位剪切旁压模型试验(SBISP)进行了仿真模拟。以室内模型试验为基础,建立数值模型,模拟了自钻式原位剪切旁压试验加载过程,通过与SBISP试验曲线对比,验证了数值模型的有效性,分析了复杂加载条件下探头周围土体的位移发展模式和细观力学响应。数值试验结果表明,随着剪切应力的逐级施加,中间区域颗粒的位移量不断增大,并且位移矢量的方向性也更加显著,在第五级剪切应力作用下,受影响区域位移矢量形状为一倒锥形; 而且剪切应力变化与探头摩擦系数有关,当摩擦系数达到某一值时,剪切应力-位移曲线不再发生变化。     

基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小; (2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。     

冰雪型地质灾害链高位萌生、动力溃散及物相转化过程剖析北大核心CSCD

受全球气候变暖对高海拔山地区气温放大效应影响,冰雪型地质灾害趋于增多,且普遍呈现链式发育特征,具有灾害类型动态转化、影响范围大、破坏程度高等特点,严重威胁区域内重大工程建设安全。基于实地考察与文献调研方式,将高寒山地区常见冰雪型地质灾害凝练为:冰岩崩、雪岩崩、冰雪型碎屑流、冰碛物堆积滑坡、冰湖溃决、冰川型泥石流6类,并分别剖析各自典型的发育特征;而后,对冰雪型地质灾害3种典型链式组合关系予以剖析,发现:冰雪型地质灾害链普遍存在“高位萌生→动力溃散→物相转化”动态演化过程;据此,对冰雪型地质灾害高位萌生、动力溃散及物相转化三阶段特征及内在机制进行分析,明确了冰雪型地质灾害的“高位萌生→位能转化→侵蚀铲刮→滑移堆积”累积链生放大机理。最后,对冰雪型地质灾害链各演化阶段进行评价模型梳理,认为:新型破碎-扩散模型、Flores接触力模型可用于评价冰雪型地质灾害高位萌生向动力溃散过程;犁切模型可较好描述其侵蚀铲刮与体积放大过程;颗粒流模型、空气润滑模型、超孔隙水压力模型可用于揭示后续的高速滑移堆积特征;而Voellmy流变模型、Bingham流体渗流模型可较好解释其灾害链条的物相转化特征。研究对于科学评价冰雪型地质灾害链动态演化过程具有基础参考价值。     

基于集对分析的可拓学方法在地下洞室围岩分类中的应用

针对评价洞室围岩质量3种传统方法(RMR法、Q法、HC法),结合可拓学理论,建立各自围岩质量评价的物元模型。首先采用层次分析法对各模型中的评价因素予以分级,确定各指标的权重及其与围岩级别的关联度;然后利用集对分析法对各模型在综合评价中的关联因子予以确定,形成洞室围岩质量多层次综合评价模型;最后将该模型应用于西南某大型水电站地下洞室围岩质量评价中,计算结果与现场评价结果较吻合。研究结果表明:该模型将传统评价方法进行了有机结合,最大限度降低了各方法的缺陷性,可较好地反映洞室岩体的质量等级,对洞室围岩分级具有一定指导意义。     

高寒山地区冰碛土水热迁移规律及聚冰冻胀孕灾机制研究进展

我国高寒山地区广泛发育连片冰碛土堆积边坡,因其普遍具有级配宽、分选差、孔隙率大等特点,在复杂构造地貌条件和冻融条件影响下,往往会发生剧烈的水-热-质交换而产生富冰滞水润滑效应,进而诱发冰碛土界面型滑坡灾害。冰碛土界面型滑坡对该区域工程建设具有重大的潜在风险,而系统掌握高寒山地区冰碛土水热迁移及聚冰冻胀孕灾机制是实现该类地质灾害科学防控的基础性工作。据此,首先研究了冰碛土的粒度组成和结构特征,明确了冰碛土存在典型的“二粒组”的组构特征;而后,围绕冻融作用下冰碛土水热迁移及聚冰冻胀规律研究现状予以深入剖析,厘清了冰碛土的多相多场迁移机制及聚冰冻胀特性;最后,围绕冰碛土边坡孕灾演化过程开展研究,阐明了内部富冰带成因及滞水促滑失稳机制。研究表明：(1)冰碛土的典型组构特征为其水-热-质多相多场迁移提供了前提条件,也是诱发局部化聚冰冻胀的重要因素;(2)冰碛土因剧烈水热迁移产生的定向化界面聚冰现象,而界面效应是诱发边坡失稳的“源生地”,探究冰碛土边坡失稳问题应重点关注富冰带发育特征及其促滑失稳机制;(3)高寒山地区冰碛土边坡的孕灾机制主要受两种模式控制：(1)混态水-热迁移聚冰效应;(2)富冰带...     

中国地下水电站洞室群工程特点分析

近年来,我国的水电能源开发得到了空前的发展,取得了世界瞩目的成就。总结、归纳已有工程的特点,对地下工程建设具有重要的指导和借鉴意义。在收集、整理大量的国内外地下水电站洞室群资料的基础上,根据多年来地下水电站厂房工程实践,分析了我国地下水电站洞室群工程的特点。研究得出:随着时代的进步和开挖技术的发展,地下洞室群的断面面积、高度、宽度和长度均呈指数式快速增长,规模之大,居世界第一。花岗岩、灰岩、砂岩约占洞室围岩总数的67%,总体上围岩介质强度高,工程地质条件好。随着水电能源开发向西推进,地下洞室埋深的加大,原始地应力值越来越大,高地应力的地下洞室超过50%,导致地下洞室群出现了超乎寻常的变形和破坏事件。除重力驱动型破坏之外,应力驱动型和复合型破坏模式日益增多。建议针对高烈度、高地应力、围岩条件较差的洞室,应考虑采用曲线体形而不是沿袭拱顶直边墙体形。      

施工期岩锚梁岩台破坏模式及稳定性分析

针对西南某大型水电站地下厂房岩锚梁岩台区节理发育的特点,并考虑辉绿岩脉等软弱带的影响因素,结合现场调查,利用关键块体理论方法分析得出开挖过程中岩台主要破坏模式为滑动、滑移—拉裂、弯曲—拉裂以及辉绿岩脉松动溃散4种,其中,上、下直墙的陡倾角结构面组合特征及辉绿岩脉的发育直接影响岩台的成型与稳定,开挖过程中针对各发育特征采...