阿拉尔——和田沙漠公路风沙运动若干规律监测研究

以塔克拉玛干沙漠为研究区域,将覆盖塔克拉玛干沙漠的17个气象站近50 a(1961-2010年)历史资料与沙漠公路沿线近3 a(2007年4月~2010年4月)5层梯度风短期监测资料,以及沙漠公路7种防风阻沙体系下典型横断面5层梯度风监测资料进行信息化整编和规范化计算,对阿和沙漠公路风沙运动若干规律进行了系统研究。结果表明:(1)阿和沙漠公路沿线气象站10 m高度最大瞬时风速与沿线梯度风监测站及短期监测站距路面4 m高度最大瞬时风速具有空间相关性,平原路段空间代表性为20~40 km;特殊路段空间代表性为5~10 km;(2)沙漠公路沿线迎风侧最大瞬时风速比背风侧偏大1.15~1.30;(3)沙漠公路沿线2 a一遇最大瞬时风速水平分布规律是以沙漠公路中部向南北递减,最大值出现在k66.7~k326区间;(4)沙漠公路北部强风主风向WNW和N风,次强风主风向ENE和NE风;沙漠公路中部全年强风主风向ENE和NE风,次强风主风向为NNW风;沙漠公路南部全年强风主风向W风,次强风主风向为WNW风;(5)沙漠公路沿线起沙风是随7种防风阻沙体系的作用存在明显差异,以芦苇、草帘子方格防风阻沙体系下2 m高度的起沙风速和沙粒过路临界风速为最大,分别为8.0~9.0 m/s和10.0~11.0 m/s,对输沙贡献最大的有效瞬间风速在8.0~15.0 m/s之间;黑土工袋方格防风阻沙体系下起沙风速为4.0~5.0 m/s,沙粒过路临界风速为5.0~6.0 m/s,防风阻沙效应最差,建议更换。     

高压注浆加固造成铁路路基隆起的原因分析

高压旋喷法施工造成路基、地面抬升,是地基处理过程中较常见的现象。分析上海地铁9号线高压旋喷施工造成铁路路基隆起的工程实例,将路基变形过程和注水试验进行对比,得出了注浆过程满足土体注水膨胀原理;同时由于桩周产生的压力远大于土体所能承受的孔隙水压力,使破坏的土体挤压进路基底部,加大了隆起量。通过调整施工参数,可改变土体注水膨胀的本构定律与桩周压力公式中相关变量,从而减小隆起量;并提出了调整施工进度、工艺等相应的处理方案。     

不同砾石覆盖度床面蚀积过程的野外风洞实验研究

野外风洞实验表明,砾石床面具有捕沙和过沙的双重功能,砾石床面的输、阻性质是不同覆盖度与风动力耦合的结果。当砾石盖度小于20%时,床面基本以风蚀作用为主;当砾石覆盖度在30%～50%时,低风速条件下(<10 m/s),床面以强烈风积作用为主,高风速条件下(>12 m/s),床面以强烈风蚀为主,其间[(10～12)m/s]床面趋于蚀积平衡状态;当砾石覆盖度大于60%时,随着风速的增大,床面蚀积量变化不大。研究结果可应用于莫高窟顶沙砾质戈壁的风沙防治,为风沙工程增添新的思路和新技术。     

基于DIC技术的3D打印节理试件破裂机制研究

为了准确表征不同角度预制节理岩石在单轴压缩下的变形破坏模式,基于3D打印技术制作了节理模型用于模拟岩体中的结构面,通过水泥砂浆的浇筑得到含不同角度预制节理的岩石试件并进行单轴压缩试验,同时采用数字图像相关技术（DIC）观测、分析试验过程中试件裂纹产生、扩展以及贯通过程。结果表明：随着预制节理从0°增加到90°,试件强度与峰值应变均呈现先降低后升高的变化趋势,0°和45°试件弹性模量相对于完整试件有所降低。基于DIC检测结果,0°、30°、45°及60°试件裂纹皆从预制节理尖端部位起裂,各角度试件的起裂应力与试件强度变化规律一致。各角度试样起裂时在剪应力控制下以剪切翼型裂纹形式起裂,0°与45°试件裂纹在扩展过程由剪切发展为张拉型裂纹,30°和60°试件以剪切裂纹形式贯穿始终,90°试件从底部起裂并最终表现为张拉破坏。研究还发现,下翼起裂角θ2和上翼起裂角θ1之间存在明显的线性正相关关系,关系式为θ2 =0.828 6θ1 +12.185,且起裂应力大小变化与峰值应力变化一致,皆随节理角度的增加先减小后增大。     

巴丹吉林沙漠湖泊-沙山近地表风沙动力环境

高大沙山与湖泊交错发育的地貌景观多年来引起了学术界的广泛关注。基于巴丹吉林沙漠腹地大沙枣海子及其周边5个气象站点的同步风况资料,探讨了区域起沙风况、输沙势以及主导输沙风向的空间分布特征。并结合湖泊-沙山独特的地貌格局,初步揭示了大沙枣海子局地环流以及风沙动力环境。由于受高大沙山的影响,大沙枣海子及其外围局地环流非常明显,合成输沙方向自湖泊中心向外围呈反向发散分布。从沙山外围至湖泊中心,起沙风次数呈同心圆状递减。合成输沙势[RDP]和合成输沙方向空间变化较大,湖泊西侧合成输沙方向以东南向为主,而东侧以西南向为主,区域风能属于低能环境。     

中国西北不同沙源地区起沙阈值的对比分析与研究

沙尘粒子进入大气所受到的空气动力因子和阴力因子分别用摩擦速度u,和临界摩擦速度u(?)来定量表示。临界摩擦速度是影响沙尘释放和输送的重要参数。文中利用2004年春季浑善达克沙地和2006年春季黄土高原与戈壁3种不同沙源地区开展的微气象学和沙尘暴观测资料,分析了沙尘天气过程中沙尘浓度随摩擦速度的变化关系,估算了临界起沙摩擦速度u(?),并与不同学者给出的结果进行对比。结果表明:沙尘天气过程中,临近起沙阶段,沙尘浓度较低,摩擦速度增加快,为起沙阶段提供了利的动力条件;起沙阶段,动力和热力湍流混合使得沙尘浓度迅速升高;沙尘天气减弱阶段,由于重力沉隆作用,沙尘浓度随摩擦速度近似呈线性递减关系。以空气中的沙尘浓度大于200μg/m~3作为起沙的判据条件,得到浑善达克沙地和戈壁地区的临界起沙摩擦速度分别为0.6和0.45 m/s。由于受地形及非均匀下垫面的影响,黄土高原的临界起沙摩擦速度与风向有关。西北风反映了来自西北方向毛乌素沙地的影响,u(?)为0.35 m/s,偏南风时对应观测站点南部黄土丘陵沟壑区的起沙特征,u(?)为0.7 m/s。黄土丘陵沟壑区的地表粗糙度值和土壤粒子间的相互作用力较大,从而导致了较大的临界起沙摩擦速度。不同的起沙阈值条件和风速频率分布与沙尘释放能力的不同相对应。     

起沙系数对沙尘数值模拟影响的研究

通过综合考虑地表条件,如土地利用、土壤类型、植被覆盖与土壤湿度等,定义了起沙系数,用于改进沙尘数值预报模式中的起沙通量,为沙尘数值预报模式提供客观准确的地面起沙条件,提高了沙尘天气分布预报的准确率\.起沙风系数的引入能够对沙尘数值模拟产生较大的影响,若起沙系数中应用较高精度的土壤水分资料与土壤类型,将能更准确地反映起沙系数的作用。     

汪清油页岩物理力学性质及裂缝起裂压力的研究

本文主要探究了吉林省汪清地区油页岩的物理力学性质及裂缝起裂压力。首先用DNS300型电子万能试验机对油页岩进行了物理力学性质的实验研究,分析并得到了油页岩的各项基本物理力学性质参数的取值范围。其中在垂直层理方向：油页岩的抗压强度范围是21～30 MPa;抗拉强度范围是1.1～3 MPa;弹性模量范围是7.1～9.9 GPa;泊松比范围是0.21～0.27;剪切模量是3.4 GPa。在平行层理方向：抗压强度范围是13～17 MPa;抗拉强度范围是0.3～0.6 MPa;弹性模量范围是1.2～1.6 GPa;泊松比范围是0.31～0.36;剪切模量是0.5 GPa。依据实验结果,选取合适参数,理论计算了汪清油页岩的裂缝起裂压力,并通过真三轴水力压裂装置进行了油页岩水力压裂实验,表明汪清油页岩裂缝起裂压力为5.34 MPa。根据理论计算与实验结果,建议汪清油页岩现场水力压裂实验的起裂压力控制在4～6 MPa。     

毛乌素沙地风况及输沙势特征

利用毛乌素沙地腹地野外实测风速风向数据,系统分析了毛乌素沙地的起沙风和输沙势的变化特征。结果表明：（1）毛乌素沙地的起沙风和输沙势主要分布在NW、NNW和N等3个方位。（2）毛乌素沙地春季（3—5月）起沙风频率和输沙势最大,分别占全年的46.23%和52.97%。（3）起沙风频率的日内变化呈单峰曲线：16：00起沙风频率最大,为22.11%。起沙风平均风速的日内变化呈双峰曲线：00：00起沙风平均风速最大,为7.84 m·s^-1;14：00起沙风平均风速为7.63 m·s^-1,是次峰值。（4）毛乌素沙地年输沙势为66.75 VU,按照Fryberger风能环境划分标准,属于低风能环境;方向变率指数RDP/DP为0.51,中比率,钝双峰风况,其中偏北峰值远大于偏南峰值。     

弹塑性地层水力压裂起裂模式及起裂压力研究

针对弹塑性储层,基于线弹性理论假设的传统起裂模型已不再适用,需要研究基于非线性本构方程的起裂模型。基于岩石非线性本构方程,运用塑性全量理论,建立了弹塑性地层井周应力场模型;结合"井壁"应力场模型和弹塑性岩石破坏准则,建立了弹塑性地层的起裂压力预测模型。结果表明:岩石产生塑性屈服,"井眼"应力集中效应会减弱,"周向张应力会减小",甚至无法产生。屈服后的起裂压力比线弹性理论预测值大,起裂模式存在拉张和剪切两种方式,剪切起裂存在破坏角。屈服后,幂硬化指数小于等于0.5的岩石只可能产生剪切起裂;幂硬化指数大于0.5的岩石,屈服应力、幂硬化指数、内摩擦角和凝聚力越小,越容易产生剪切起裂,反之越容易产生拉张起裂。