一种新型掺气设施的试验研究

设置在泄洪洞竖井内的环形掺气设施是不同于传统掺气技术的新创意.为了更好地认识这种新型的掺气技术,基于公伯峡水平旋流泄洪洞原型和模型试验,对环形掺气坎的通风和掺气特性进行了研究.结果表明环形通气孔的通风是由通气孔进出口的压差引起的,通风量与相对空腔长度的关系服从线性分布;环形掺气坎掺气减蚀的作用明显,其掺气是由于射流冲击竖井水体形成大尺度旋涡并挟带气泡所致,且掺气浓度沿高程呈乘幂分布;模型通风和掺气特性的缩尺效应明显.在结构设计满足要求的前提下,有必要在旋流泄洪洞的竖井段设置掺气设施,可改善水流流态,并增加消能效果.     

渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响试验研究

为研究渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响,通过对6组人造节理试件恒定法向载荷和恒定法向刚度的压剪渗流试验,分析了应力和位移、节理水力开度以及透过率随剪切位移的变化趋势,获得了渗透水压对节理岩石应力-渗流耦合特性的影响规律。结果表明：节理试件的剪切应力和位移、水力开度以及透过率都与渗透水压密切相关。剪切应力随渗透水压的增大而减小,法向变形、水力开度和透过率却随渗透水压的增大而增大。在压剪渗流试验过程中,不同渗透压力的节理试件都发生了剪胀效应。研究可为深部岩体工程围岩遇水作用稳定性及渗流灾害控制技术提供科学的理论依据。     

深海扬矿系统中颗粒过泵回流试验研究

两相流过泵回流试验是模拟水力提升系统紧急停泵情况下垂直管道中颗粒运动状态,紧急停泵时,可能会出现堵管、难于输送等现象。为提高管道水力输送安全性,采用三种不同的模拟结核颗粒(粒径分别为d≤10 mm,d≤20 mm,d≤50 mm),两种不同浓度(CV=5%,CV=8%),在两级泵额定流量Q=420 m3/h条件下进行了过泵回流试验,分析了试验结果,从多个方面总结了堵管原因。认为实际工程中应该严格控制颗粒上限粒径,采用合适的颗粒级配,并对管道定期进行清洗,尽量减少管道的大角度转弯和断面突变。     

波浪作用下曲面防波堤水力特性及波能损耗研究

执行了一系列规则波与曲面防波堤相互作用实验。采用π定理确定了两种曲面防波堤(半圆堤和圆弧堤)反射透射水力特性的三个主要影响因素,包括入射波陡、相对水深和堤顶相对超高。基于实验数据对比分析了两种曲面防波堤的反射和透射特性,从能量守恒角度计算了波浪与曲面防波堤相互作用过程中的能量损耗率,并利用数值模拟探讨了波浪越堤过程中两种曲面防波堤波能损耗差异的机理,表明圆弧堤背浪面更强的尾涡区使得其局部能耗总体上高于半圆堤。     

基于无量纲裂缝导流能力的煤储层压裂效果分析

煤储层原位渗透率普遍偏低,通常需用水力压裂造缝方式改善煤储层的渗透性能,但其效果的定量评价长期未能有效解决。本文以沁水盆地南部郑庄区块16口新井为例,采用有限导流能力裂缝模型拟合压裂造缝后关井阶段的压降曲线,计算了裂缝的无量纲导流能力(CfD),实现了压裂效果的定量化分析,并讨论了其地质影响因素。结果显示,CfD值越大,压裂效果越好;煤岩杨氏模量、剪切模量和体积模量的增加,裂缝无量纲导流能力有减小的趋势,但与煤岩泊松比大小无关。煤储层纵向上的力学非均质性对裂缝无量纲导流能力也有影响,随着非均质程度的增加,无量纲导流能力逐渐增加;当非均质性达到一定程度时,无量纲导流能力变低。     

CLIGEN随机气候生成器在天山西部中山带的适用性评价

根据中国科学院天山积雪雪崩研究站1978-2007年降水和气温的月平均资料以及在全美范围内选择参证站点得到的其他气象因子,利用CLIGEN模型分别模拟出日序列气象数据,统计出多年月平均降水量、多年月平均最高温度和多年月平均最低温度.选择模型有效系数E和平均绝对百分比误差(MAPE)为评价指标.最终确定HIBBING站点为最优参证站.HIBBING站点的模拟多年月平均降水量、月平均最高温度和月平均最低温度的模型有效系数E分别为0.980 0、0.956 3、0.996 5,平均绝对百分比误差(MAPE)分别为7.1%、10.70%、8.30%.从而确定了CLIGEN模型在天山西部中山带的适用性.     

储层岩性对水力裂缝延伸的影响

水力压裂施工过程中,天然断层或裂缝对水力裂缝的延伸影响显著,甚至与水平井轨迹平行或近乎平行的断层或裂缝会形成压裂屏障,阻止水力裂缝的延伸甚至造成砂堵.而岩性对水力裂缝延伸的影响目前还不清楚.本文首先利用地面微地震监测技术对水力裂缝进行了成像并提取出微震事件点分布平面图;然后利用三维地震断层属性预测了天然断层或裂缝分布,利用三维地震GR反演体提取了沿层砂岩分布平面图;最后,通过叠合天然断层或裂缝分布图、砂岩分布平面图以及微震事件点分布平面图,分析了岩性和天然断层或裂缝对水力裂缝延伸的影响,证实了岩性是除天然断层或裂缝以外控制水力裂缝延伸过程的另一个重要因素.     

河间隐伏型岩溶裂隙含水系统演化的数值模拟

为揭示隐伏型岩溶含水系统在不同边界条件与介质特征下的发育状况,基于地下水渗流和碳酸盐岩溶蚀理论构建耦合裂隙网络渗流与碳酸盐岩溶蚀的岩溶裂隙网络溶蚀扩展模型,模拟再现了河间隐伏型岩溶含水系统平面上发育演化过程。结果显示:岩溶系统发育过程中流量变化呈现三个阶段:第Ⅰ阶段为缓慢层流阶段,流量增速为2.2×10 -6 mL·(s·a) -1,持续时间与初始水头差呈对数关系;第Ⅱ阶段为极快速紊流阶段,流量增速为5.5×10 2 mL·(s·a) -1,持续时间与初始水头差呈线性关系;第Ⅲ阶段为快速紊流阶段,流量增速为26 mL·(s·a) -1。优势裂隙的存在使得岩溶裂隙网络溶蚀演化加快,非均质系统进入极快速紊流阶段所用时间较均质系统缩短了53%,裂隙溶蚀扩展的速度加快了12.5%。      

鄂尔多斯盆地北部深埋区“地貌—沉积”控水关键要素研究

鄂尔多斯盆地北部深埋煤田区地表主要有沙漠、基岩台地和黄土沟壑等地貌类型,沙漠区工作面涌水量比其他地貌区大1~2个数量级。为了查清煤层顶板直接充水含水层补给水源、导水通道和充水强度的控制要素,从地形地貌和地质沉积方面开展了研究,结果表明:沙漠地貌地势平缓,降水入渗系数大,第四系厚度大、富水性强,为下伏含水层提供了丰富的补给水源;基岩台地和黄土沟壑地貌,地形起伏大,降水入渗系数极小,浅部地层富水性极弱,是下伏含水层补给能力较弱的水源。陆相沉积形成的砂泥岩互层结构,不存在区域性稳定隔水层,各层段均属于弱-中等富水性含水层,3个矿井的白垩系含水层水位下降了20~130 m,证明浅部与深部含水层存在较密切的水力联系。煤层顶板主要发育七里镇砂岩和真武洞砂岩含水层,为厚度较大的中粗砂岩段,直接充水含水层地质沉积条件相似,但是沙漠区工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量和采空区涌水量均远大于其他地貌区,直接充水含水层富水性主要受地貌控制,深部含水层的水源为大气降水和第四系含水层。沙漠地貌区的不同矿井,工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量、采空区涌水量也存在较大差异,该差异与直接充水含水层厚度和岩性等有关,反映了地质沉积条件也是控制含水层富水性的重要因素。地形地貌和地质沉积是控制直接充水含水层富水性和工作面涌水量的关键要素。     

基于地下水流场和含水介质分析的敦煌月牙泉成因研究

在分析月牙泉多年动态变化趋势的基础上,依据最新水文地质勘探资料和编绘的月牙泉周围年丰水期、枯水期地下水等水位线图,从地下水流场和含水介质的角度分析研究了月牙泉形成原因。月牙泉上游地下水基本呈自西南向东北径流,在地势低洼的沙漠丘间地带出露形成月牙泉;地下水补给来源为上游党河右岸黑山咀子东侧浅层地下潜水的侧向径流,黑山咀子至月牙泉之间的地下水水力坡度在丰水期为4. 813‰,枯水期为 4. 622‰;月牙泉泉水与周边地下水是统一的水力系统;月牙泉附近含水层是党河冲洪积层的连续的过渡关系,泉水出露形成是含水层与特殊地形地貌结合的产物。