砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算方法

地下水渗流作用下内部不稳定砂性土将发生潜蚀现象,潜蚀作用引起的土体渗透破坏会对土工建筑物或地基造成不良影响。考虑土体有效应力和细颗粒应力折减,建立渗流场中细颗粒受力模型,根据极限受力平衡状态得到潜蚀过程中砂性土细颗粒起动临界水力坡降计算公式,并通过DEM-CFD耦合方法以及现有试验数据进行验证。结果表明：砂性土中细颗粒以滚动方式起动,起动临界水力坡降受渗流水流、土体特性以及颗粒自身特性共同影响;砂性土表层细颗粒起动临界水力坡降受埋深影响较大,埋深1 cm的细颗粒最高、最低起动临界水力坡降相差10.169%,埋深10 cm时差异减少至1.061%。该计算方法与数值模拟和渗流试验结果的最大标准误差分别为6.038%、11.211%,可以较为准确地预测砂性土细颗粒起动临界水力坡降。     

流量对水力压裂破裂压力和增压率的影响研究

水力压裂现场原位测试试验的破裂压力是计算构造地应力的重要参数。为了探究流量对水力压裂破裂压力和增压率的影响,设计4种不同恒定流量情况的低渗透硬脆灰岩室内大型水力压裂试验,结合声发射监测技术分析不同流量下水力裂缝破裂压力、破坏模式和缝网复杂程度的规律以及流量与增压率的内在关系。试验结果表明：流量越大,破裂压力越高,缝网复杂程度越低;典型压力?时间曲线分为缓慢增压段、急速增压段、稳定增压段和突然下降段;稳定增压段增压率保持不变,压力随时间线性增长,其增压率的大小和流量存在明显的线性关系;基于流量与稳定增压段增压率的线性关系,考虑流量因素的Ito理论可以很好地定量解释流量对破裂压力的影响,试验结果与理论预测吻合度较高。     

漏失地层近水平钻孔水力反循环取心试验

基于煤矿井下陷落柱、小断层等地质异常体精确探查对漏失地层近水平孔取心钻进的迫切需要,采用双壁水力反循环连续取心技术进行井下地质异常体探查,分析其技术原理及特点,研制配套的ø89/42 mm双壁取心钻杆和反循环取心钻头,并在某地面矿山进行功能性试验,共施工完成3个近水平取心钻孔,单孔最高取心率为83.6%,最大回次进尺69 m,平均钻进效率为3.61~6.26 m/h。针对漏失地层冲洗液漏失严重的问题,提出双壁取心钻具的结构改进优化方案,采用改进后的取心钻具岩心上返通道返水流量和流速大幅提升,最后指出该套反循环取心施工中出现的钻孔环空排渣及岩心卡堵问题并提出了针对性的解决方案,包括采用正反循环排渣法解决钻孔环空排渣问题和采用中心通道打水解卡方法解决岩心卡堵问题。试验表明:该套双壁取心钻具满足煤矿井下地质异常体探查的施工需要,为煤矿井下地质异常体探查提供新的技术途径。      

土石围堰中混凝土防渗墙设计方案的数值优化

土石围堰中防渗墙的结构对坝基渗流量及坝体稳定性具有重要的影响,因此优化防渗墙的尺寸十分有必要。本文以珠江流域某水利枢纽工程施工中的土石围堰为例,采用有限元法,对防渗墙的厚度和嵌入弱风化层基岩的深度进行了优化研究,分别模拟了有防渗墙和无防渗墙两种情况下围堰的防渗效果,共设计了33种计算方案。将坝基单宽渗流量、防渗墙后作用水头、防渗墙底部和坝脚溢出点的水力比降分别与其允许值进行了对比分析,提出了防渗墙的优化尺寸。研究结果表明：防渗墙厚度的变化对防渗效果影响较小;增大防渗墙的入岩深度,可以有效控制本围堰工程的单宽渗流量和防渗墙后作用水头;防渗墙底部水力比降的变化与防渗墙入岩深度有关,当入岩深度在0~8 m时,水力比降随入岩深度的增大而减小并呈先快后慢的趋势,当入岩深度在8~12 m时,水力比降随入岩深度的增大而增大,超过10 m时水力比降骤增。考虑经济因素和施工的方便性,满足防渗设计要求的防渗墙最优设计参数为厚度0.8 m、嵌入弱风化层基岩深度2 m。     

下一代深海装备用高强度陶瓷材料及结构分析

深海装备在服役过程中需要抵抗海水及应力腐蚀,承受载荷对结构的考验及深海环境的高压强, 这对材料的综合性能提出了巨大挑战。以氧化铝为代表的高强度陶瓷材料具有耐腐蚀、质量轻、高强度等特点,在深海装备应用中具有巨大潜力。对多种高强度陶瓷材料进行了分析比较,并针对深海应用的要求讨论了材料选型和缺陷要求,为下一代深海装备材料的发展提供了参考。     

清代苏沪地区饥荒的时空变化及其环境因素

论文基于方志等多源史料提取饥荒的时间和地点信息,利用语义差异法和指数法构建了清代(1644—1911年)苏沪地区逐年的饥荒指数序列,复原了饥荒的空间分布特征,探讨了不同致灾因子及其组合对饥荒时空特征的影响。结果表明：① 从时间上看,清代苏沪地区饥荒频率和强度有明显的阶段性、周期性、季节性及间歇式暴发等波动特征,最严重时段是康乾盛世的中后期及由盛转衰的道光和咸丰时期。② 饥荒的空间分布整体呈“两带、多核”的东南—西北向分布格局,长江两岸、太湖及高邮湖周边一带和废黄河、洪泽湖周边一带是饥荒多发区域。除受区域人口、经济等社会因素影响外,水域格局等地理背景对饥荒多发区的分布有重要影响。③ 饥荒主要环境致灾因素为洪涝灾害,其次为旱灾和风潮,其他灾害影响较小。不同致灾因子组合对饥荒影响不同,单因子致灾的饥荒比例占绝大多数,双因子和三因子对应的饥荒程度整体均大于单因子情形,与水旱灾相关的饥荒分布决定了研究区整体的饥荒分布格局。上述认识对于辨识苏沪地区饥荒高风险区、探索区域自然灾害对饥荒的影响及未来粮食安全保障机制有一定的参考价值。     

变化环境下中国东南沿海致灾气旋及其人口暴露度研究

本文基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM (CCLM)输出,研究中国东南沿海地区2021—2050年RCP2.6、4.5、8.5情景下致灾气旋的时空变化特征。并采用人口-发展-环境分析模型(PDE),预测共享社会经济路径SSP2下东南沿海地区人口发展趋势,揭示了致灾气旋人口暴露度演变。研究表明:(1) RCP2.6情景,东南沿海地区平均每年发生致灾气旋6.3次,风速和降水量较基准期(1986—2005年)分别增加9%和15%,72%区域致灾气旋人口暴露度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.1亿和0.1亿。(2) RCP4.5情景,致灾气旋年均发生7次,风速和降水量较基准期分别上升16%和32%,89%地区致灾气旋暴露人口增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加2.6亿和0.5亿。(3) RCP8.5情景,致灾气旋年均发生5.8次,风速和降水量较基准期分别增加32%和50%,65%区域致灾气旋暴露人口度有所增加。暴露在超基准期最大影响面积和最强风速下的致灾气旋人口分别增加5.7亿和1.9亿。(4)相比RCP2.6,RCP8.5情景致灾气旋风速和降水量高出23%和35%,暴露于超基准期最大影响面积和最强风速的致灾气旋人口分别多3.6亿和1.8亿。控制温室气体浓度对降低致灾气旋的不利影响具有重要意义。     

基于准连续介质方法模拟纳米多晶体Ni中裂纹的扩展

通过准连续介质方法模拟了纳米多晶体Ni中裂纹的扩展过程.模拟结果显示:裂纹尖端的应力场可以导致晶界分解、层错和变形孪晶的形成等塑性形变;在距离裂纹尖端越远的位置,变形孪晶越少;在裂纹尖端附近相同距离处,层错要远多于变形孪晶.这反映了局部应力的变化以及广义平面层错能对变形孪晶的影响.计算了裂纹尖端附近区域原子级局部静水应力的分布.计算结果表明:裂纹前端晶界处容易产生细微空洞,这些空洞附近为张应力集中区,并可能促使裂纹沿着晶界扩展.模拟结果定性地反映了纳米多晶体Ni中的裂纹扩展过程,并与相关实验结果符合得很好     

乌鲁木齐市区断层附近原地应力测量研究

利用水压致裂原地应力测试技术,在乌鲁木齐市区碗窑沟断裂东段、雅玛里克断裂东段和西山断裂带中、东段开展了断层附近原地应力测量研究,得到了地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征。钻孔HFZK3位于碗窑沟断裂东段的南侧,孔深62.13m;钻孔HFZK5位于雅玛里克断裂东段的南侧,孔深30.00m;钻孔HFZK9和HFZK12都位于西山断裂带的中、东段,孔深分别为34m和54.5m。根据实测的地应力资料,断层附近最大水平主压应力方向为NE—NEE向,与区域构造应力SN—NNE向主压方向有一些差异,说明受断层活动影响,断层附近的应力状态与区域应力场明显不同。利用地应力实测资料研究了断层的活动性,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为σH>σh>σV,该应力状态有利于逆断层活动,与地质资料反映的以逆断层活动为主基本一致。利用库仑摩擦滑动准则,摩擦强度取0.6～1.0进行分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造活动以逆断层为主。研究区的3条断层不具备发生走滑断层活动的可能性,其中雅玛里克断裂东段、西山断裂带中段和东段具有发生逆断层活动的可能性,相比而言,西山断裂带中段危险性更大     

水压力作用下三峡库区侏罗系软岩裂纹扩展规律及力学机制

三峡库区侏罗系地层滑坡发育广泛,研究该地层软岩夹层在不同水压力作用下的强度及变形破坏特性对库区岸坡的长期稳定性评价具有重要理论指导意义。以三峡库区侏罗系典型软岩——沙溪庙组泥质粉砂岩为例,对其进行了不同水压力下的力学试验系统(MTS)三轴压缩试验,并基于断裂力学与有效应力原理对水-力耦合效应下岩石的起裂及裂纹扩展机制进行了分析。研究结果表明：水压力的存在可降低岩石的峰值抗压强度,水压力越大岩石破坏后控制性裂纹的长度及倾角也总体随之增大,次生裂纹的数目也呈现出随之增多的趋势;原生裂纹的起裂及次生裂纹的扩展分别受控于K_Ⅱ、K_Ⅰ型应力强度因子,原生裂纹的起裂角最大为70.5°;次生裂纹的临界扩展长度随原生裂纹长度的增加而增大,当原生裂纹倾角约为45°时,在相同条件下次生裂纹的扩展长度最大;说明水压力的存在加剧了岩石裂纹的扩展,且使岩石的张拉破坏趋势更为明显,而原生裂纹形态特征对裂纹的扩展规律亦具有较大的影响。