基于NMR技术的超声波频率对煤体激励致裂效果的影响

为了深入研究超声波频率对煤体激励致裂效果的影响,利用超声波发生仪对原始煤样进行致裂实验,并利用低场核磁共振设备NMR设备对煤样进行测量,通过分析弛豫时间T₂曲线,深入研究煤样致裂前后孔隙结构的变化。研究结果表明:超声波可以有效改善煤体的孔隙结构,经超声波激励致裂后,煤样内部的孔隙数量增多,总孔隙率、有效孔隙率及渗透率均明显增大;同时,煤样内部小孔数量的增长率与超声波频率呈负相关关系,中孔和大孔数量、总孔隙率增长率、有效孔隙率及渗透率的增长率与超声波频率均呈正相关关系。研究结果为煤储层超声波致裂增透技术奠定理论基础。      

泥岩核废料处置库温度-渗流-应力耦合参数敏感性分析

针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进行了三维有限元分析。并基于参数敏感性分析结果,就温度、渗流、应力三场两两耦合作用对处置库围岩水力学响应的影响程度进行了系统分析。研究结果表明：泥岩热、水、力学参数中,渗透系数、弹性模量以及导热系数对加温所导致的超孔压的值影响较大;凝聚力、内摩擦角以及热膨胀系数对孔压的影响较小,但会显著影响围岩的有效应力;导热系数对围岩温度场的分布有决定性影响,温度传递的差异会显著影响围岩的孔压和有效应力;不同的热、水、力学参数对孔压、温度以及有效应力的影响机制是不同的,温度、渗流、应力三场两两耦合作用对围岩水力学响应的影响程度也存在显著的差异性。温度场对应力场、温度场对渗流场的耦合效应十分显著,加热后,围岩超孔压的产生以及热膨胀导致的有效应力变化会显著影响处置库的稳定。该研究结果在一定程度上可以为核废料处置库泥岩的热、水、力学参数的确定及耦合机制分析提供科学依据。     

考虑吸力效应的非饱和黏土回弹模量预估模型

回弹模量是反映路基弹性支撑能力的重要指标,并受运营期间基质吸力变化的显著影响。通过3种压实黏土试样的土-水特征曲线试验和重复动三轴试验,研究了回弹模量与基质吸力的相关性,并基于非饱和土有效应力原理,提出了考虑吸力效应的回弹模量预估模型。结果表明：基质吸力与回弹模量之间具有较强的非线性相关性,可采用指数形式进行两者的拟合;含水率由最佳含水率-4%提升至最佳含水率+4%时,受基质吸力减小的影响,回弹模量降幅达到29.1%～39.0%;在 土-水特征曲线过渡区,采用以饱和度表征的有效应力参数,可较好地反映基质吸力对于回弹模量的贡献,预估效果优于采用残余含水率或进气值相关的有效应力参数;在相同饱和度的情况下,黏粒含量越多、塑性指数越高,基质吸力对有效应力的贡献比例越小。     

不同温度下孔隙压力对煤岩渗流特性的影响机制

在深部煤层瓦斯抽采过程中,地温较高且孔隙压力逐渐降低,而目前综合考虑温度和孔隙压力对煤岩渗透特性耦合作用的研究较少.利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,以贵州矿区原煤试件为研究对象,进行不同温度下改变孔隙压力的渗流试验,并建立了考虑温度的渗透率匹配模型.研究表明,煤岩渗透率随孔隙压力增大按指数函数减小;煤岩渗透率随压差的增大而减小,随温度的升高而降低,在不同的温度状态下,渗透率的下降速率和变化幅度有所不同.在模拟瓦斯开发的物理试验中,压差应尽量小,减少其误差,为建立不同边界条件的渗透率模型提供帮助;随温度的升高,温度突变系数呈增大的趋势;随孔隙压力的增大,温度突变系数呈减小的趋势.温度突变系数在整个阶段不为常数,且割理压缩系数可变,这两个特征更能真实地匹配模型,反映瓦斯的开发过程.      

不同有效应力下矿山渗滤液对土工合成黏土衬垫渗透特性影响的试验研究

以模拟矿山渗滤液作为渗透溶液,使用柔性壁渗透仪,在不同有效应力条件下测定土工合成黏土衬垫(geosynthetic clay liner,GCL)的渗透系数。试验结果表明:矿山渗滤液作用下GCL渗透系数升高的幅度与其所受有效应力的大小紧密相关;当有效应力为24 kPa时,矿山渗滤液的渗透使GCL的渗透系数升高至1.52810-′m/s,比控制样(自来水渗透)的渗透系数高340倍,不能满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制规范》对防渗层渗透系数的要求(k≤1.0910-′m/s)。而当有效应力为93、162、231和438 kPa时,矿山渗滤液的持续作用使GCL的渗透系数只分别升高了26、21、14和10倍,且全部满足规范要求。研究结果表明,在对矿山废弃物处置场中GCL的防渗性能进行评估时,必须考虑GCL试样在场地中的受力状态。     

基于贝叶斯理论的土性参数空间变异性量化方法

岩土工程可靠度分析和设计中,合理地选取随机场参数和相关函数,并准确地描述土性参数空间变异性十分困难。基于贝叶斯理论,本文提出了一套量化砂土有效内摩擦角空间变异性的方法。该方法根据先验信息和静力触探试验锥尖阻力数据,确定砂土有效内摩擦角的随机场参数和相关函数。该方法合理地考虑了砂土有效内摩擦角与锥尖阻力间经验回归方程的不确定性。采用马尔科夫链蒙特卡洛模拟(Markov Chain Monte Carlo Simulation,MCMCS)获取服从后验分布的随机场参数样本。利用MCMCS样本构建随机场参数的Gaussian Copula函数求解后验分布。估计备选相关函数的概率,选择概率最大的为最可能的相关函数。最后,采用美国德州农工大学国家岩土工程砂土试验场的CPT数据算例验证了文中所提方法的有效性。结果表明:文中所提方法可以正确、合理地利用间接测量的锥尖阻力数据确定砂土有效内摩擦角的随机场参数和相关函数,准确量化其空间变异性。对于美国德州农工大学国家岩土工程砂土试验场的砂土有效内摩擦角,建议选用二阶自回归函数作为其最可能的相关函数。     

东南太平洋秘鲁海域光合有效辐射对茎柔鱼资源丰度和空间分布的影响研究

光合有效辐射（PAR）是海洋初级生产力的重要驱动因素之一,因此对海洋鱼类的资源丰度和空间分布产生潜在影响。本文根据2006-2015年1-12月中国鱿钓科学技术组提供的秘鲁外海茎柔鱼捕捞数据和光合有效辐射卫星遥感数据,以单位捕捞努力量渔获量（CPUE）表征资源丰度,以CPUE的纬度重心表征渔场空间分布,评估了东南太平洋秘鲁海域光合有效辐射对茎柔鱼资源变动的影响。结果发现,茎柔鱼渔场的产量、捕捞努力量、CPUE和PAR呈现明显的月间变化,其中CPUE和PAR月间变化规律表现为1-6月降低,7-12月增加的趋势。相关分析法表明,CPUE与PAR呈正相关关系,7月和8月相关性显著,而其余月份相关性不显著。依据频率分布法估算了各月适宜和最适PAR范围,各月最适PAR范围占渔场总面积比例与CPUE呈显著正相关关系,推测茎柔鱼资源丰度可能由各月适宜PAR面积大小决定;同时,最适PAR纬度与CPUE纬度重心呈显著正相关,说明茎柔鱼渔场的空间分布受最适PAR纬度的显著影响。此外,拉尼娜年份茎柔鱼适宜PAR面积要显著高于厄尔尼诺年份。研究表明,茎柔鱼资源丰度和空间分布受光合有效辐射的显著影响,其调控作用在不同气候条件下呈现不同的变化规律。     

黄海海浪天气时间尺度变化的数值模拟研究

利用第三代海浪数值模式(SWAN)系统研究了黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化的时空分布特征和相关动力学过程。结果表明黄海海浪有效波高的天气变化强度(S_W)具有显著的时间变化特征和空间分布特征。其多年平均值在黄海的中东部存在由南向北延伸的高值区,同时向两侧近海区域逐渐减小。S_W在冬季最大,夏季最小。从11月到翌年5月,S_W月气候态平均值的空间分布与其年平均值的空间分布类似;从6月到同年10月,S_W的月气候态平均值在黄海与东海的分界处存在较强的由黄海到东海的空间梯度。进一步分析表明黄海海域的S_W以风浪占主,涌浪的贡献远小于风浪贡献。数值实验表明,黄海海浪有效波高的天气时间尺度变化主要是由大于天气变化周期的海面风强迫通过四波非线性相互作用产生的。     

微波消解电感耦合等离子发射光谱法测定三水铝土矿中的有效铝、活性铝和活性硅

有效铝、活性硅是判定三水铝土矿质量的重要指标,这两项指标的测定通常采用微波消解电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)。该方法首先测定出消解试液中的铝(即有效铝),再将剩余的残渣酸化溶解,进而测定出硅(即活性硅)。然而,由于消解试液不易澄清和残渣酸溶不完全,往往导致结果的重现性较差。本文对此方法作一改进,将消解的试液酸化加热,以钴为内标,采用ICP-OES同时测定出溶液中的活性铝和活性硅,然后间接计算出溶液中的有效铝。方法精密度(RSD,n=13)小于3%,回收率为97.0%~102.6%,用国际标准物质验证的测定结果与标准值吻合。本方法解决了消解后的溶液不易澄清和剩余残渣酸溶不完全的问题,克服了基体效应和仪器波动对测定结果的影响,能同时测定出活性铝和活性硅,并且提出的活性铝的概念可应用于三水铝土矿的综合评价和氧化铝生产工艺的调整。     

煤基质膨胀收缩对储层渗透率影响的新数学模型

煤层渗透率变化受多种因素制约,其中有效应力和煤吸附–解吸过程中煤基质的膨胀/收缩是两个主要因素。基于这两方面影响因素,采用体积不变原理和MATCHSTICK模型,提出新的预测渗透率变化的模型,有效回避了经典模型中使用不确定参数引起的渗透率模拟误差问题。研究结果表明,渗透率随煤层压力的变化存在3种理论模型,煤层气排采过程中,应尽可能使得渗透率变化曲线呈现下降缓慢、抬升稳定快速且增幅较大的趋势。最后,通过与经典的Palmer-Mansoori模型和Shi-Durucan模型的模拟对比,并利用现场实测数据进行验证,证明了本文推导模型的正确性和实用性。