马兰黄土渗气率与饱和渗透系数的关系研究

利用改进的ZC-2015型渗气仪和TST-55型渗透仪进行马兰黄土渗气和饱和渗透试验,确定稳定渗气率对应的稳定渗径,进而探讨渗气率ka和饱和渗透系数Kw的关系。研究结果表明: ka不仅能描述非饱和土孔隙和结构特征,也能用于预测Kw。气体渗气率随着渗径的增大而减小,最终趋于稳定,原状和重塑黄土的稳定渗径均约8 cm。ka和Kw间呈明显的双对数线性关系,不同深度的原状风干黄土和不同粒组的重塑土的lgka和lgKw间的相关性都比较明显,但原状风干黄土和重塑土之间的拟合公式有很大差异。另外,黏粒含量较高时,重塑土拟合直线的斜率β和截距α明显增大。不同含水率下,重塑土拟合公式有很大的差异,当含水率较大时,随着干密度的增大,ka的变化程度比Kw大,拟合直线的斜率β和截距α都有明显的减小。     

冻融循环作用后饱和黏土的应变速率效应试验研究

为研究不同应变速率加载对融化饱和黏土力学效应的影响,对不同初始压实度的融化饱和黏土进行了不同应变速率和围压下的固结不排水三轴剪切试验,分析了融化饱和黏土的应力-应变关系曲线特征、孔隙水压力、割线模量(E_(50))、峰值强度、残余强度、抗剪强度指标的变化规律。结果表明:随着应变速率的增大,融化饱和黏土峰值强度和残余强度均先增大后减小,随后持续增大;而E_(50)模量则一直增大。应变速率未改变偏应力峰值所对应的应变大小;初始压实度不影响融化饱和黏土峰值强度对应的应变值,且在围压为120 k Pa、应变速率为0.15%/h时初始压实度对融化饱和黏土孔隙水压力发展趋势的影响不大,而当应变速率超过1.5%/h时,初始压实度的影响显著。随着围压增大,融化饱和黏土峰值强度对应的应变值及孔隙水压力明显增大。应变速率小于15%/h时,内摩擦角随着应变速率增大而减小,应变速率大于15%/h时,内摩擦角则随着应变速率增大而增大;黏聚力随着应变速率的增大持续增大。其研究结果对加深融土应变速率效应的理解具有一定的理论意义。     

饱和多孔介质动力响应移动单元法分析

移动单元法在处理移动荷载下结构动力行为分析方面具有求解高效的优势,但目前针对饱和多孔介质动力响应的移动单元法的研究成果甚少。根据饱和多孔介质u-p格式动力控制方程,利用移动坐标系建立了饱和多孔介质瞬态及稳态动力控制方程的移动单元列式,通过编制相应的计算程序将计算结果与已有文献结果对比验证了算法的正确和有效性。基于移动单元法建立了移动荷载下饱和沥青路面-弹性基层系统计算模型,分析了移动荷载下该模型的瞬态动力响应规律,并与其稳态动力响应进行了对比分析,分析表明,其水动力特性较稳态响应呈现出明显的瞬态效应。基于稳态动力响应结果分析了荷载速度、排水边界、渗透系数对饱和沥青路面动力响应的影响规律,算例研究结果可以为分析水动力作用下沥青路面水稳定性功能损伤机制提供参考。     

饱和悬浮塑料砂流动特性的试验研究

饱和砂土在液化状态下呈现出非牛顿流体的特性,而常规动力试验要获得稳定的液化状态比较困难。采用塑料砂和相等密度的氯化钠溶液配制成了有效应力接近于0的饱和悬浮塑料砂试样,基于流体力学低雷诺数绕球流动理论并结合粒子成像测速(PIV)技术,开发了饱和悬浮塑料砂流动特性的试验装置。利用紧贴透明模型箱内壁的半球在饱和悬浮塑料砂中运动时塑料砂颗粒的运动来分析其流动特性,并通过拉力与速度的关系计算饱和塑料悬浮砂的表观黏度。试验结果表明,饱和塑料悬浮砂试样是剪切稀化非牛顿流体,可作为液化砂土的相似材料用于液化问题的研究。基于试验中的细观规律,提出了零速度线、剪切区、剪切角、剪切区高度等实用概念。研究表明,拖球速度对剪切角有重要影响,速度越大,剪切角也越大,相应剪切区也越大。剪切区高度反映了拖球运动方向的影响范围,提出拖球试验中应保持球体形心与边界之间的距离要大于6倍球体直径。分析了拖球试验中的孔洞产生机制,提出在拖球和拖管试验中,应降低拖球的运动速度,以符合低雷诺数绕球(管)流动的基本理论。     

含裂隙饱和多孔介质流-固耦合的扩展有限元分析

基于应力平衡方程、渗流连续性方程以及改进的Biot有效应力原理,建立了含裂隙可变形饱和多孔介质流-固全耦合问题的控制方程。流体在介质和裂隙中的流动均满足达西定律,得到的非线性全耦合方程不仅反映多孔介质内部物理量的耦合效应,还考虑介质与裂隙之间的耦合作用。扩展有限元法在处理含裂隙问题时具有独特的优势,采用普通有限元和扩展有限元法构建了数值计算体系。在进行空间离散时,介质内部的位移和孔隙压力均采用普通的有限元进行离散;裂隙处的位移模式引入扩展有限元中的两类附加位移函数,以反映裂隙面的位移强不连续性和裂隙端部的应力奇异性;引入孔隙压力加强函数,以体现裂隙法向孔隙压力的弱不连续特征。使用向后差分格式进行时间离散。算例验证了该模型和算法的正确性和有效性,分析了裂隙的存在对流体流动的延迟作用、裂隙中张开位移及孔隙压力等物理量的分布情况,讨论了渗透率、外部流量的改变对计算结果的影响。     

减饱和松砂静态液化的水-气两相流耦合分析

减饱和法是一种通过减小饱和砂土地基中的饱和度,提高地基抗液化强度的新方法。基于水-气两相流反应与土体骨架变形的耦合模拟方法,建立了单调加载条件下减饱和砂土静态液化的数值分析模型。开展了减饱和松砂的三轴不排水试验数值模拟研究,与室内试验结果对比,发现两相流模型能够准确描述减饱和砂土加载过程中的应力-应变关系、应力路径及孔隙水压力增长规律,验证了两相流模拟方法的正确性。数值分析结果还表明,加载过程中减饱和松砂中的饱和度会增加,直至达到一个稳定值,当围压一定时,减饱和松砂加载结束时的饱和度与初始饱和度呈线性关系;且砂土中气体会在荷载作用下被压缩,使得减饱和砂土在不排水条件下发生剪缩。计算发现,当砂土饱和度从100%减小到94.5%时,孔隙水压力系数B值会减小约80%,最大孔隙压力值会降低40%~50%,不排水剪切强度提高2.0~2.5倍,残余强度会提升10倍以上,由此可知,此为减饱和法抗液化的主要机制,而基质吸力不是减饱和法提高砂土抗剪强度的主要原因。     

黑方台地区黄土强度弱化的浸水时效特征与机制分析EI北大核心CSCD

黑方台地区因灌溉水下渗,导致地下水位上升,深部土体长期处于饱水状态。地下水溶滤作用带走大量盐分,同时改变了孔隙水溶液中的化学成分,影响着黄土的抗剪强度。采用环剪仪、激光粒度分析仪、Zeta电位仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、离子色谱仪等装置从强度和物理化学作用等方面对其进行研究。试验结果显示,黄土抗剪强度及其参数(内摩擦角)-浸水时间曲线呈"勺形"。结合相应的物理化学测试结果,分析了黄土强度弱化的浸水时效机制:浸水初期,胶结物(易溶盐)迅速溶解,黄土微结构破坏,内摩擦角显著降低;同时孔隙水离子浓度增大,与黏粒反离子层发生离子交换作用,黏粒结合水膜厚度变小,致使内摩擦角稍有增大;随着浸水时间的增加,中溶盐石膏逐渐溶解于氯化钠溶液中,导致黄土中粗颗粒进一步分散解体,黏粒含量增加,双电层总厚度有所增大,内摩擦角稍有降低。     

曹妃甸近岸海域石油烃污染物的来源与空间分布研究

以曹妃甸邻近海域为研究区,利用生物标志化合物地球化学参数分析了表层沉积物中石油烃类的主要组成和分布特征,探讨了石油烃污染物的来源。结果表明,曹妃甸邻近海域表层沉积物中正构烷烃为混源,且陆源贡献小于海洋源。地质构型藿烷、甾烷在甾萜类化合物中为优势组分,且萜甾烷参数显示了有机质成熟度较高。饱和烃的多种地球化学参数显示了该区域表层沉积物可能受到成熟度较高的石油烃输入及其后期微生物降解的影响。该研究将为曹妃甸近岸沉积物输移研究提供基础资料,进而为曹妃甸围填海工程的科学决策提供相关科学数据。     

西藏中仓盆地古近系丁青湖组生烃潜力与沉积有机相分析

以中仓盆地古近系丁青湖组为研究对象,根据烃源岩地球化学数据分析,探讨研究区丁青湖组生烃潜力及沉积有机相。结果表明:中仓盆地中丁青湖组灰岩、泥灰岩和泥岩为主要烃源岩。其中,灰岩、泥灰岩有机碳平均质量分数为0.33%,泥岩有机碳平均质量分数为0.32%,属于较差烃源岩;有机质类型为以Ⅱ1型为主的混合Ⅱ型,烃源岩热解峰温为422~446℃,镜质体反射率为0.48%~0.59%,属于低成熟阶段。根据显微组分将沉积有机相划分为湿地草本混生(沼泽)相。综合数据分析表明中仓盆地不具有较好的生烃潜力。这对认识中仓盆地油气勘探价值,以及在伦坡拉盆地群中寻找油气具有指导意义。     

东濮凹陷石炭—二叠系煤系烃源岩新生代生烃特征

石炭—二叠系是东濮凹陷煤成气的主力气源岩,尚不明确煤、碳质泥岩和暗色泥岩等组分在新生代的成气演化特征。基于高压釜热模拟实验,对不同类型烃源岩的生气产率及气体组分演化特征进行分析。热模拟结果表明:初次加热过程中,不同类型烃源岩热解烃类气体产率随温度升高而增大,暗色泥岩生气能力最强,煤岩的次之,碳质泥岩的最差;不同类型烃源岩热解产物组分演化规律相似,随温度升高,甲烷摩尔分数逐渐增加,重烃气摩尔分数先增大后减小,非烃气摩尔分数减小。二次加热结果显示:研究区在新近纪可能存在规模成气;相比于一次生烃,二次生烃重烃气、总烃气及非烃气产率降低,但甲烷产率升高,干燥因数增大。研究结果对认识东濮凹陷煤成气演化规律、指导进一步勘探具有参考意义。