温度作用下CT三维重建煤体微观结构的渗流和变形模拟

为研究煤炭深部开采区域内温度对煤体渗流以及孔裂隙结构变形的影响,应用CT三维重构技术,借助ANSYS软件对煤体微观孔裂隙结构分别进行共轭传热模拟和热变形模拟。共轭传热模拟结果显示,20℃的水经80℃的煤体壁面加热后以37.13℃流出,煤体温度沿壁面向流体中心逐渐降低,孔裂隙结构对于流动速度和温度的分布有重要的影响,沿流动方向截面连通孔隙率大,则流动速度慢,流体升温快,固体温度下降;反之,则流动速度快,流体升温变缓,固体温度回升。热变形模拟结果显示,骨架变形量与距约束面的距离成正比,约束面附近变形量小,变形方向指向孔裂隙空间,距约束面远的位置变形量大,变形方向向外发散,裂隙的存在会使变形量增加,且随温度载荷的增加,不同孔裂隙结构间的变形差异增加。     

破碎煤体渗透特性的试验研究

采空区垮落带遗煤区域作为煤、氧低温反应的主要场所,其应变、孔隙率和渗透率演化模型的研究对深入认识煤自燃发展过程与规律有重要意义。基于团队自主研发的承压破碎煤体气体渗流实验装置,开展了单一粒径与混合粒径煤体承压渗流过程应变、孔隙率和渗透率演化规律研究。对不同粒径下的应变、孔隙率和渗透率随应力变化情况进行分析,结果显示：相关变化过程可以分为2个阶段,即轴向应力≤6 MPa时的线性变化阶段与>6 MPa时的指数函数变化阶段,初步表明破碎煤体的变形、孔隙率和渗透率的变化机制一致、同粒径无关,轴向应力=6 MPa时的状态属于关键节点状态,其对应的应变、孔隙率和渗透率分别承接着各自上下2种不同的变化机制;轴向应力≤6 MPa和>6 MPa条件下三者变化的主要原因分别是颗粒的压缩作用和滑移填充作用;轴向应力=6 MPa时不同粒径破碎煤体承压过程中的应变、孔隙率和渗透率分别同各自的应变、孔隙率、渗透率变化路径有一一映射关系,据此建立了相应的应力−应变、应力−孔隙率和应力−渗透率关系的模型;模型对比、验证结果表明,所建模型虽源于多种粒径破碎煤体实验,但摆脱了粒径因素的影响,同实验结果有着良好的匹配性,达到了较为理想的效果。相关研究成果可为采空区煤自燃早期预防与控制提供科学依据。

     

饱和砂土动力液化到渗流液化过程探讨

根据饱和砂土地层地震液化现象及饱和砂土动力学试验所观察到的现象，本文从砂粒－孔隙水两相介质相互作用的角度出发，研究饱和砂土在振动荷载作用下的液化过程和机制。研究结果表明，饱和砂土受振，砂粒相对滑动并重新排列，孔隙率降低，孔隙水受压产生超静孔水压力并不断增大，部分孔隙水挤出渗流，隙水渗流对砂粒产生渗流压力。渗流压力与超静孔隙水压力迭加，形成的上托力等于或大于砂粒水中重力时，砂粒在隙水中处于悬浮状态。此时，饱和砂土宏观上表现为液态。为此，根据下沉砂粒与向上渗流孔隙水之间相对运动过程中的动力作用特征，建立了描述饱和砂土液化过程的模型和液化判据。     

树冠形状对孔隙率及叶面积指数估算的影响分析

叶片在树冠尺度的聚集是森林场景中的重要聚集形式,模型中常假设树冠为规则的几何形体(椭球、圆锥、圆锥+圆柱等)。对树冠形状归属进行判断时界限并不明显,从而具有很强的主观性。本文首先扩展了Nilson的森林孔隙率模型,使其适用于椭球、圆锥、圆锥+圆柱等3种常见形状的树冠,并基于该模型分析了孔隙率、聚集指数对树冠形状的敏感性。同时,本文还分析了树冠形状对叶面积指数(LAI)地面间接测量精度的影响。基于不同形状树冠的模拟数据分析发现,树冠的体积、投影面积是树冠形状产生作用的主要因子,在冠层底部椭球形树冠和圆锥+圆柱形树冠的平均孔隙率、聚集指数都非常接近,而圆锥形树冠与两者存在较大差异。树冠形状的错误设置在极端情况下可导致估算的真实LAI误差超过25%。     

现浇生态混凝土应用于边坡灾害治理及生态恢复的研究

通过研究生态混凝土的微观结构与孔隙率、透水性、强度三者的耦合关系,对生态混凝土的孔隙结构特征进行了分析,提出孔隙结构分布值R是影响生态混凝土的重要指标。通过对生态混凝土护坡的防冲刷机理分析和试验验证,提出了边坡生态恢复和灾害治理相结合的方法,即采用生态混凝土和预应力锚索框架格护坡。对河南洛阳段高速公路一侧的土质高陡边坡,在进行稳定性分析的基础上应用该方法,并且对后续的生态恢复效果进行了研究。研究结果表明：该方法适宜于坡度较大的边坡,结合预应力锚索框架格能对滑坡起到防治作用;降雨条件下抗;中刷能力强,植物覆盖率较高,对周围的生态恢复起到了一定的作用。     

低声速海底反射损失的测量

海底反射损失是分析浅海声场的重要参数之一，本文用爆炸声源在水深为150米的低声速底的湖中进行底的反射损失测量。于100Hz到5KHz分析了反射损失与掠射角的关系，并讨论了它们与底沉积物孔隙率、     

大孔隙与大孔隙率矿石的石蜡法体重测定中修正问题

以伽玛测井解释含量确定铀矿储量时，矿石体重应该是天然状态下的体重，当矿心孔隙度较大而有部分失水，并存在表面大隙时，封蜡法所测得的体重系统偏小。对此，本文改进了测定方法，指出了修正方案，并以某矿床为例分析了产生表面孔隙的原因及修正后的具体结果。     

石膏矽藻土混合物的特性及其与岩石的相似性研究

本文对石膏矽藻土混合物的特性作了进一步的研究.指出该混合物在水膏比为1.2-2.0、矽膏比在0.12-0.5时可以作为模拟大理岩的模型材料.在评价该模型材料对大理岩的相似性时,除一般论述外,还着重论证了它们的体积应力应变曲线之间的相似关系.体积应力应变曲线上的两个特征点将曲线划分为三个阶段,并均能一一相对应.在非连续介质的物理力学模型试验研究中,只有体积应力应变曲线之间有良好的相似性,才能使模型试验的研究成果简捷而比较准确地应用到原型中去.     

冻融循环对兰州黄土渗透性变化的影响

在季节冻土区, 周期性的冻结与融化持续改变着土体内部结构, 土的孔隙率与渗透性也随之产生相应的变化. 针对这一现象进行了原状黄土和重塑黄土的冻融循环试验和冻融循环后的渗透试验. 结果显示: 随着冻融循环作用的进行, 原状黄土与重塑黄土干密度的变化趋势都是先增大后减小, 然后趋于稳定. 由于渗透系数与干密度呈负线性关系, 所以随着冻融循环次数的增加, 原状黄土与重塑黄土的渗透系数都是先减小后增大, 最后在4×10^-4~6×10^-4 cm·s^-1之间趋于一个稳定值. 因为重塑黄土是扰动土, 土结构中的颗粒大小较为均匀, 而原状黄土的土结构中颗粒大小不均匀, 导致重塑黄土的渗透系数始终大于原状黄土.     

渗流作用下岩溶陷落柱侧壁突水的临界水压解析解

在陷落柱侧壁突水研究中引入厚壁筒力学模型,将陷落柱侧壁煤柱视为多孔介质,考虑地下水的渗流体积力,应用摩尔库伦强度理论和弹塑性力学模型,推导出煤柱弹塑性状态应力解析式,以及煤柱内塑性区半径与水压力的关系表达式,同时编程试算出陷落柱侧壁突水的临界水压力。在此基础上,分析了煤柱孔隙率、煤柱抗剪强度参数以及煤柱宽度等因素对陷落柱侧壁突水的临界水压力的影响规律。研究结果表明：1煤柱能够承受的临界水压随着煤柱孔隙率的增加而降低,故当煤柱裂隙发育时,不考虑渗流力的结果将偏于安全;2煤柱宽度越大、抗剪强度越高,则临界水压越大,陷落柱侧壁突水的危险性越低;3可通过注入水泥浆液减小煤柱孔隙率和提高煤柱强度来防止陷落柱侧壁突水,同时可减少煤柱的留设宽度,对减少煤炭损失有着重要意义。