倾斜煤层水力压裂起裂压力计算模型及判断准则

针对目前倾斜煤层起裂机制不明确,导致水力压裂时盲目升高压力或增大注水量来增加煤层透气性的问题,根据最大拉应力理论,分析真实环境下倾斜煤层压裂钻孔周围应力状态,建立压裂钻孔周围煤岩体起裂压力计算模型及判断准则,并在重庆松藻煤电公司同华煤矿进行了验证,结果表明,根据实测压裂区域地应力状态,起裂压力随煤层倾角增大而增大,钻孔起裂位置随煤层倾角增大逐渐向走向方向偏转;现场试验起裂压力与理论计算相符,随煤层倾角增大而增大,从而验证了计算模型的正确性。     

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。     

河西走廊入口区下垫面对沙尘天气影响的模拟研究

在利用常规观测资料统计分析2000—2011年和沙尘天气多发年河西走廊入口区代表站点春季风速分布特征的基础上,采用区域气候模式（Regcm4.3.5.6）和欧洲中心更新的4DVar同化的ERA-interim资料,分析了河西走廊入口区下垫面类型改变对2007年4月13日一次沙尘天气过程的影响。结果表明：沙尘暴爆发时,河西走廊为风速大值区,风速8～10 m·s^-1;区域气候模式模拟的沙尘特征量与站点观测的沙尘天气分布对比发现,模拟的沙尘区的发展变化能较好地表征这次沙尘天气过程的变化;河西走廊入口区植被由沙漠改为落叶阔叶林后,发生沙尘天气时该地区风速有所减小,减小平均值为3 m·s^-1,且风速越大,减小越明显。不同粒径沙尘的起沙率和沙尘粒子柱含量对下垫面类型改变的响应有所不同,减小量最大分别达到-50 mg·m^-2·d^-1和-50 mg·m^-2,0.01～5.0 μm粒径沙尘减小范围和强度相差不大,5.0～20 μm粒径沙尘由于粒径最大减小最明显,由于模式中考虑的2.5～5.0 μm粒径沙尘在大气中所占比例小,减小量级和范围最弱。改变下垫面类型使得起沙率和沙尘粒子柱含量在沙尘天气最强时刻减少最显著。     

冲击起沙的概念模型

冲击起沙是最重要的起沙方式。鉴于Lu和Shao提出的体积模型的不足,通过分析沙床受到冲击后应力的传递规律,类比于电子的跃迁模型,提出了冲击起沙的跃迁模型来解决冲击起沙问题。该模型的基本思想是,沙粒冲击沙床时,能量会沿冲击点向周围粒子扩散,当某一粒子获得的能量大于跃出所需要的能量时,该粒子即从床面跃出;多余的能量将转化为该粒子的跃出初动能。冲击起沙问题由此变成了一个研究跃出能量的大小和能量传输规律的问题。根据该模型,基于能量传输的吸收系数法和传输方程近似法,给出了两维和三维情形下冲击起沙释放的粒子数、速度分布和冲击坑形状的表达式。两维情形下显示,冲击坑的大小与释放的粒子数和粒径大小正比,而且伴随着冲击坑的形成,可能会发生崩塌现象。吸收系数法显示,两维冲击坑随着吸收系数的增大是先增大,后反而出现了收缩。传输方程近似法显示,两维冲击坑的大小正比于kt。     

塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境特征

通过对塔克拉玛干沙漠中部部分地区的气象资料分析、野外实地风沙观测和理论计算,对其风沙环境特征作出了一些初步分析。结果表明:沙漠边缘地区年起沙风时间数在2.70×10⁴ min左右,输沙总量为3800kg·m^-1·a^-1,年输沙总量与合成输沙总量的比值在1.83~2.39之间变化。而沙漠腹地塔中地区年起沙风时间数在4.61×10⁴ min以上,输沙总量为6100kg·m^-1·a^-1,最大输沙量为8000kg·m^-1·a^-1。年总输沙量与合成输沙量的比值在1.38~2.12之间变化。此外,其沙丘形态与Tomas(1991)所阐述的沙丘发育格局与模式并不完全吻合,亦与CoralSBreed等所认为的塔克拉玛干沙漠主要风沙活动集中在春季的论断有很大的偏差。     

塔克拉玛干沙漠公路沿线风沙活动的时空分布

利用塔克拉玛干沙漠公路沿线的肖塘、满参和塔中3 个定位观测站1 个自然年的监测资料,对以起沙风和输沙强度为表征的风沙活动进行了分析。选取气象站标准高度10 min风速中大于临界起沙风速(≥6.0 m/s)的风,按16方位分别统计不同级别风的次数及其方位,计算输沙量。结果表明,风沙危害的主风向为偏东风,频率范围48%~76%。风沙活动集中在4~9月;从沙漠边缘向腹地风沙活动加强。向沙漠腹地深入,应加大公路风沙危害防护力度。     

三峡水库蓄水运用以来长江中下游沙量平衡分析

以三峡工程为核心的梯级水库群联合调度运用显著改变水沙条件,坝下游河段出现长时间、长距离的冲淤调整,长江中下游沙量平衡分析是合理评估水库群修建对河道影响的重要依据,是河湖管理与保护的关键支撑.本文基于长时间序列原型观测资料,采用沙量平衡法分析长江中下游不同时空尺度泥沙沿程恢复特征,对比断面地形法计算结果,结合河道空间区域性特征,从临底悬沙测验误差、断面代表性及断面间距、河道采砂等多角度深入揭示两种方法计算冲淤量产生差异的主要原因.结果表明:(1)2003-2018年宜昌至大通河段冲刷泥沙10.76亿t,其中粒径d<0.125 mm的泥沙冲刷量占比达90.9%.以螺山为界,宜昌至螺山段"粗细均冲",螺山至大通河段则"细冲粗淤";(2)宜昌至大通河段2003-2018年沙量平衡法与断面地形法计算冲淤量相对偏差为71%,从沿程差异分布来看,距离三峡大坝坝址较近的宜昌至沙市河段两方法计算绝对差值较小,而沙市至大通河段差值较大,占宜昌至大通全河段绝对偏差的近86%;(3)宜昌至沙市河段河道采砂量占实测河床冲刷量的比例约为20%,临底悬沙对输沙量的改正比例为13.2%~26.7%(平均约为20%),修正后,沙量平衡法、断面地形法计算结果吻合相对较好;沙市至大通河段泥沙测验、固定断面布设、河道采砂等是导致沙量平衡法与断面地形法出现差异的主要原因.     

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。     

塔里木盆地巴楚隆起东段北东向走滑断裂特征

通过对塔里木盆地巴楚隆起东段地震资料的精细解释,发现研究区发育一系列NE、NEE走向的走滑断裂及逆冲滑脱断裂。主要构造样式有花状构造、平行高陡断裂带、滑脱逆冲叠加走滑断裂等。主要有4期构造活动:加里东中期压扭走滑、海西早期张扭走滑、海西晚期继承压扭走滑、喜山期继承活动。其中,加里东中期Ⅰ幕,开始形成NE走向的撕裂断层-调节断层。加里东中期Ⅲ幕,NE向走滑断裂大规模的沿先存NE向基底薄弱带和NE走向的撕裂断层-调节断层基础上开始发育,同时形成了几组NEE向压扭断裂带。加里东晚期海西早期,沿先存走滑断裂继承发育了一系列负花状走滑断裂。海西晚期、喜山期,部分NE向断裂再次开启继承发育。走滑断裂对碳酸盐岩储集层具强烈的改造作用,具备发育多种圈闭类型的潜力,是油气藏保存和再调整的关键因素。     

地面岩溶塌陷的高分辨地震勘查

地面岩溶塌陷是地质灾害主要灾种,由于其突发性,对人类的生产和生活造成威胁。浅层高分辨地震技术可以查明形成塌陷的基岩地质条件,特别是横波反射法可以查明覆盖层中地下水作用形成的潜蚀带或土洞等覆盖层地质条件。勘查洞穴是岩溶塌陷地震勘查方法面临的特殊问题,为了解土洞、溶洞形成的地震反射信号特征,专门进行二维固体超声波模型试验。唐山市岩溶塌陷勘查实例表明,高分辨地震技术可探明基岩埋深、断层、破碎带及覆盖层潜蚀扰动区,为防冶工程设计提供地质背景资料。