艾比湖地区冻融作用对梭梭群落土壤酶活性及微生物数量的影响

冻融作用对酶和微生物活性具有重要影响,进而影响植物群落的生长发育。为深入了解荒漠优势种梭梭群落冬季土壤生态过程,于2012年10月~2013年10月,对土壤冻融期、冻结期、融冻期和生长季的艾比湖典型样地进行野外实地观测、采样和室内分析。通过对比分析不同冻融阶段土壤含水量、pH值、有机质、全氮、酶活性和微生物数量的变化特征。结果表明:(1)土壤含水量,融冻期 >冻结期 >冻融期 >生长季,土壤pH值,生长季 >融冻期 >冻融期 >冻结期,各土层土壤含水量以浅层土表现最为显著(P <0.05),不同冻融阶段各土层pH值差异性较大,冻融期、冻结期和生长季表层土壤pH值较大,融冻期浅层土壤pH值较大。(2)土壤有机质和全氮含量的波动状况相似,分别在融冻期和生长季呈现波峰和波谷,不同土层间全氮和有机质含量差异性较小,以冻融期和生长季表现最为显著(P <0.05)。(3)土壤酶活性的变化中,过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶在融冻期含量最大,冻融期次之,蔗糖酶在冻结期活性最大,土壤微生物数量的变化以融冻期最大,除此之外,各冻融阶段细菌和放线菌占主导,真菌含量相对较少。(4)冻融循环次数分布于冻融期和融冻期,对土壤酶活性和微生物数量具有一定的影响,致使融冻期土壤各因子大于冻融期。     

静冰力学模型试验的相似比尺问题探讨

分析冰盖形成的热力学模型, 推导出室内模型试验的相似比尺. 模拟野外降温过程, 在低温实验室内进行静冰压力模型试验, 研究实验室模拟静冰压力产生过程的可行性. 结果表明: 实验室模拟最大冰厚39.8 cm, 试验历时387.4 h, 冰的冻结过程符合天然规律; 实验室目前难以模拟融化过程中天然状态的太阳辐射, 有待进一步改进降温制度. 模拟试验的冰压力最大值出现在升温阶段, 与温升率相关, 温升率越大, 静冰压力值越大; 当环境温度升至0 ℃左右时, 静冰压力达到最大值, 随后迅速消散, 符合水库冰过程观测结果.     

考虑围压对岩石强度尺寸效应影响的统计模型

根据岩石材料内部所含缺陷分布具有随机性的特点,基于Weibull分布,采用Mohr-Coulomb准则来表示岩石细观单元的计算强度,建立了考虑围压影响的岩石强度尺寸效应统计模型。利用该模型探讨了均质度和围压对强度尺寸效应的影响,结果表明:不均匀性是强度离散性和存在尺寸效应的根本原因,材料越均匀,强度值的离散性越低,而尺寸效应也越不明显;围压会影响材料强度对试样尺寸变化的敏感性;围压越大,材料强度增大,与尺寸效应有关的材料强度所占比例减小,材料强度尺寸效应变得不明显。     

各向异性结构性砂土离散元分析

天然沉积砂土力学特性受各向异性及结构性影响明显,实际工程中不能忽视。为探究二者的影响,首先在二维离散元程序NS2D中采用椭圆颗粒模拟了重力场中颗粒长轴主方向为水平的各向异性净砂样,随后基于结构性砂土胶结厚度分布规律及室内试验提出了一个新的微观胶结接触模型并将其引入各向异性净砂样以模拟天然各向异性结构性砂土,最后对该离散元试样进行了双轴试验模拟,将模拟结果与室内试验结果对比以验证该模型的适用性,并对其微观力学特性变化进行研 究。分析结果表明,随着剪切进行,各向异性结构性砂土呈明显应变软化及剪胀现象;胶结接触逐渐减少,且主方向始终为竖向方向;胶结破坏速率及胶结破坏率变化情况与宏观力学响应较一致,且胶结物多为拉剪破坏;土颗粒排列主方向始终为水平向,且水平向排列颗粒所占比例略微增大。     

三轴压缩下含瓦斯煤的能耗与渗流特性研究

以重庆松藻同华矿K3煤层制备的煤样为研究对象,利用自主研制的渗流装置,进行了不同围压和瓦斯压力下煤样的三轴压缩试验,并应用能量积聚与耗散的方法,研究了煤样在压缩过程中的能耗特征和渗流特性。结果表明：三轴压缩破坏过程中,含瓦斯煤样存在着能量积聚与耗散。煤样以弹性应变能的形式吸收并储存能量;荷载达到峰值时,煤样储存的弹性应变能在瞬间释放转化为耗散能,成为煤样破坏的源动力。围压和瓦斯压力对煤样的能耗特征有较大影响,随着围压增加,煤样吸收的总能量、储存的弹性应变能和耗散能均会增加;随着瓦斯压力增加,煤样吸收的总能量及耗散能呈现缓慢的增加,储存的弹性应变能呈逐渐下降趋势。围压和瓦斯压力对煤样的渗透性亦有较大影响。应力达到峰值前,随着围压的增加,煤样的渗透性逐步减小;随着瓦斯压力的增加,煤样的渗透性则呈增加的趋势。研究结果可为煤与瓦斯突出的防治和瓦斯抽采提供参考。     

微型桩与帷幕的不同位置对复合土钉墙力学性状的影响分析

基坑工程中微型桩和止水帷幕的复合土钉墙是常用支护结构型式之一。在支护结构设计和施工时布置微型桩与帷幕的位置具有随意性,普遍忽视微型桩在帷幕内外不同位置对于支护结构力学性状的影响。依托济南某基坑工程,通过现场测试和数值模拟的对比分析,获得微型桩在帷幕内外两种位置条件下支护结构位移、土钉内力等变形及受力特征。分析结果表明,微型桩的位置不影响支护结构变形和内力的总体趋势;无坡顶荷载时,微型桩位置不同产生的差别不大;存在坡顶荷载时微型桩位于帷幕内侧时支护结构变形较小,土钉受力更合理,建议实际工程优先采用。     

金属矿山阶段嗣后充填胶结充填体矿柱力学模型分析

矿柱宽度和充填体自立高度是阶段嗣后充填顺利实施的重要影响因素。基于弹性力学平面应变基本假设,建立阶段嗣后胶结充填体矿柱力学模型并进行理论求解。以某铁矿为工程分析实例,采用控制变量法（CVM）研究矿柱不同宽度、高度条件下,水平应力和剪应力的变化规律。研究表明：矿房极限宽度和高度分别为19.8 m和103.2 m。胶结充填体矿柱水平应力随矿柱高度的增高而逐渐增大;剪应力在矿柱中心位置达到最大,且高度越大,剪应力值也越大。在胶结充填体矿柱与非胶结充填体接触侧剪应力趋于定值。矿柱宽度分别为15、18、20 m时,其剪应力分别为243.8、292.6、325.1 kPa。而产生剪应力的主要原因是非胶结充填体受水平应力作用在与胶结充填体矿柱接触面产生滑动摩擦力所致。     

不同开采方法下深海能源土离散元模拟

天然气水合物以胶结及孔隙填充等形式存在于深海能源土中,开采时因其分解会劣化地层力学特性进而引发海底事故,使得人们对能源土开采过程进行中力学特性的变化愈发重视。在前期室内试验的基础上,将一个温度-水压-力学二维微观胶结模型引入离散元商业软件PFC2D中,通过对排气、排水性较好的土体进行升温及降压法开采进行数值模拟,并将模拟结果与相同条件下的室内试验结果对比,验证了该胶结模型的适用性。进一步分析了颗粒接触分布与颗粒平均纯转动率（averaged pure rotation rate, APR）在水合物分解时的变化情况。升温分解过程中随温度升高,颗粒总接触分布各向异性程度增大;胶结接触逐渐减少并始终保持主方向为水平方向,无胶结接触增多并始终保持主方向为竖直方向;APR值逐渐增大且正负值分布逐渐趋于集中。降压分解过程中随反（水）压降低,颗粒总接触由各向同性分布逐渐发展为主方向为竖直方向的各向异性,APR值较小且分布均匀;恢复反压后,试样进一步破坏,颗粒总接触各向异性更加明显,APR值增大且正负值呈集中分布。     

松软煤层螺旋钻杆钻进中的吸钻卡钻力学机理

针对在突出松软煤层钻进过程中常出现的吸钻卡钻现象,以水平钻孔为例,通过分析螺旋钻杆钻进过程中钻粉在螺旋叶片间的运动规律,确定了当钻进产生煤粉量大于钻杆排出能力时,易因煤粉大量积压产生吸钻卡钻现象的力学机理。从控制钻进速度,减少钻粉生产量的角度提出了防止钻进过程中吸钻卡钻方法。计算出直径Φ42 mm和Φ75 mm两种钻孔施工时为防止吸钻卡钻的临界钻进速度。经过在鹤壁六矿2123上顺槽、2143下顺槽试验,取得了很好的效果,表明在突出松软煤层螺旋钻进成孔过程中控制钻进速度是可行的。      

温度周期作用下大理岩三轴蠕变试验与理论模型研究

为了解温度周期作用对大理岩蠕变力学特性的影响,采用温度-应力-渗流耦合的岩石力学三轴流变试验系统对大理岩进行了不同温度及温度周期变化下三轴压缩蠕变试验。基于试验结果,研究了大理岩试样在不同温度及温度周期变化下轴向应变随时间的变化规律,分析了不同温度及温度周期变化下蠕变的变形机制,掌握了温度对大理岩三轴蠕变影响的基本规律,并且建立了考虑温度及温度周期变化影响的改进的Burgers模型。理论值与试验结果非常接近,表明考虑温度及温度周期变化的改进Burgers模型适合描述大理岩的黏弹性蠕变特征。为长期暴露于外部环境下的岩质边坡的长期稳定性分析提供了重要的参考依据。