基于压力拱理论的水下隧道合理覆岩厚度研究

建立了水下隧道流固耦合数值模型,通过正交试验优化计算方案,分析土岩复合地层和全断面岩层拱顶竖直方向上围岩压力拱的成拱规律,并据此提出以成拱临界板厚为判据求解水下隧道合理覆岩厚度的思路,建立水下隧道合理覆岩厚度回归模型,并通过BP神经网络模型对回归模型进行评价与校验,结合佛莞城际狮子洋隧道工程,进行了合理覆岩厚度回归模型的应用算例分析。研究表明：土岩复合地层上覆岩层岩性较好时,压力拱高度主要受覆岩厚度影响,上覆岩层岩性较差时,压力拱高度主要受上覆软土厚度影响;压力拱高度随覆岩厚度增加线性增加,达到成拱临界板厚时,逐渐减小随后趋于稳定,上覆岩层岩性越差,成拱临界板厚越大;全断面岩层压力拱高度随覆岩厚度的变化比土岩复合地层平稳。算例分析表明,以成拱临界板厚为判据建立的合理覆岩厚度模型能给出较优的覆岩厚度预测值,可为土岩复合地层水下盾构隧道的设计和施工提供参考。     

考虑Hansbo渗流的二维Biot固结有限元分析

为进一步深入研究弹性饱和黏性土地基的二维固结机制,引入Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西渗流,修正Biot二维固结方程。基于加权残数法,给出相应的有限元数值求解格式。通过和饱和黏性土一维非达西渗流固结理论有限体积法数值结果的对比,证明数值计算方法的有效性。在此基础上,探讨Hansbo渗流参数对二维地基固结进程的影响。计算结果表明,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔压的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,整个土层存在孔隙水压力滞后现象。同时,Hansbo渗流将阻碍地基沉降的发展。而且,上述影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显。     

冲击荷载下玄武岩纤维水泥土吸能及分形特征

为研究玄武岩纤维对水泥土冲击破坏过程中能量吸收及碎块块度分布特征的影响,采用Φ50 mm变截面霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置对不同玄武岩纤维掺量的水泥土进行了冲击压缩和动态劈裂试验,分析了冲击荷载作用下玄武岩纤维掺量与水泥土吸收能、破坏形态和分形维数 的关系,试验结果表明：随着玄武岩纤维掺量的增加,水泥土吸收能呈先增大后减小的趋势,超过最佳掺量后,由于纤维-纤维薄弱面的存在,水泥土吸收能减少;冲击破坏后水泥土破碎块度分布是具有统计意义上的分形,冲击压缩试验中水泥土破碎块度平均粒径随玄武岩纤维掺量的增加而不断增大,对应的 值总体上呈现不断减小的趋势;在动态劈裂试验中,玄武岩纤维掺量在0～2.0%范围内,水泥土破碎块度平均粒径呈现上升趋势, 值不断减小,玄武岩纤维掺量超过2.0%后,平均粒径有所降低,对应 值增大。玄武岩纤维水泥土吸收能和 值之间有着密切的联系,冲击压缩试验中,吸收能在分形维数为2.20～2.26范围内呈先增大后减小的趋势,而在动态劈裂试验中,吸收能在分形维数为1.85～2.20范围内总体呈现下降趋势,两者具有一定的负相关性;合适掺量的玄武岩纤维对水泥土动态特性起着积极作用,通过试验得出玄武岩纤维的合适掺量为1.5%～2.0%。     

松辽盆地齐家地区高台子致密油层包裹体古流体压力特征及其地质意义

流体包裹体热动力学（PVTx）模拟应用包裹体组分、均一温度和气液比,结合模拟软件可以恢复包裹体被捕获时的古流体压力,以松辽盆地齐家地区高台子致密油层为例,应用激光共聚焦扫描显微镜、显微荧光和显微测温等分析,划分了油气充注幕次并恢复了各幕次流体古压力,该应用有效区分了不同幕次流体古压力特征。研究结果表明:齐家地区高台子油层存在两期油气充注,第1期发生在晚白垩世嫩江晚期（79~75 Ma）,主要充注发黄色荧光的原油,古流体压力为16.13~16.97 MPa;第2期发生在晚白垩世明水期（69~65 Ma）,主要充注发黄绿色、蓝绿色荧光颜色的原油,古流体压力为22.14~26.13 MPa。研究结果有助于深化勘探区油气成藏规律的认识。      

盐溶液对膨润土膨胀性的影响

膨润土因其优良的膨胀性和低渗透性常被用作深层地质处置库的缓冲和回填材料,但其膨胀性会受到地下流体溶液浓度的影响。针对这种现象,利用单轴固结仪研究了压实商用膨润土在不同上覆荷载和不同浓度NaCl溶液作用下的膨胀变形特性。结果表明：随着NaCl溶液浓度升高,该膨润土的膨胀性显著降低,且最大膨胀应变与上覆荷载之间在双对数坐标系下存在良好的线性关系。利用有效压力的概念和计算方法,实现了用唯一一条曲线来描述不同盐溶液浓度作用下膨润土的膨胀变形行为,同时证明了有效压力理论的合理性。     

抗液化排水刚性桩沉桩过程的土压力响应

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于某建筑桩基工程,开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,采用了动态土压力传感器实时监测沉桩过程中桩周土体内产生的土压力响应,对比了排水桩与普通桩沉桩对桩周土体水平方向应力及有效应力影响的差异。试验结果表明：抗液化排水刚性桩能够有效减小沉桩过程对桩周深部可液化土体的扰动,在桩身近侧（距桩心0.6 m）深部埋深（-15 m）位置,排水桩的水平土压力响应峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够有效降低沉桩对可液化土层有效应力的影响,使桩周土体更加稳定;在单次沉桩过程中,对于浅部埋深（-5 m）,排水桩对桩周土压力峰值的影响作用较小,对于存在可液化土层的深部埋深（-10、-15 m）,排水桩对土压力峰值的有效影响半径可达4倍桩径。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。     

NOBIAS PA1螯合树脂富集——ICP-MS定量测定近海水体中的稀土元素

稀土元素是海洋中一类极为重要的地球化学过程的示踪剂,但因其浓度多在pmol/kg数量级,分析测试一直是难点,为了使稀土元素在海洋研究中得到更广泛的应用,必须对海洋中低浓度的稀土元素进行准确测量。本研究建立了NOBIAS PA1螯合树脂富集—ICP-MS法,可以对近海的小体积水样中的稀土元素进行高准确度、高精密度分析。研究表明,调节样品溶液pH为4.59~4.69、清洗溶液为6 mL 0.05 mol/L NH_4AC、洗脱溶液为2 mL 1 mol/L HNO_3时,实验测试条件为最优。本方法对稀土元素的回收率在94%~106%,检出限范围为0.001~0.424 pmol/kg,分析精密度优于5%(n=5)。本研究所建立的方法,可用于河水、海水与河口盐度梯度区稀土元素的分析。     

离线固相萃取螯合富集分离-ICP-MS测定海水中的稀土元素

通过测定条件优化、方法比对等实验建立了一种固相萃取小柱离线螯合富集分离电感耦合等离子体质谱仪测定海水中稀土元素的方法。海水样品通过调节p H后,进入VAC ELUT SPS24 Agilent圆形固相萃取装置,其主要基体物质的去除率高于97%;萃取富集的优化条件是海水样品p H 4.0~7.0,海水进入萃取柱速率2 m L/min,硝酸洗脱液浓度为1 mol/L;方法对稀土元素的加标回收率为83%~108%,14种稀土元素的检出限为0.057~0.613 ng/L,RSD10%;该方法与氢氧化铁共沉淀法富集稀土元素比对测定结果一致,方法具有准确度与精密度高、操作简便快速等优点,可用于海水样品中稀土元素的定量精确测量。     

TMI、AMSR-E全球海表温度与Argo近海表温度的比较

本文将TMI（Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM）Microwave Imager）和AMSR-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System）卫星观测的全球海表温度与Argo浮标观测的近海表温度进行了比较。并检验了影响海温变化的因素,包括风速、水汽含量、液态云和地理位置。结果显示,TMI、AMSR-E海表温度与Argo近海表温度均明显相关。在低风速时,TMI、AMSR-E海表温度整体比Argo近海表温度高。在低风速时,TMI比AMSR-E海表温度更接近Argo近海表温度,但TMI海表温度在高纬可能没有经过良好校正。温度差异显示,在低水汽含量时,TMI和AMSR-E海表温度显示出暖的差异,代表TMI和AMSR-E海表温度在高纬均没有经过良好校正。黑潮延伸区的海表温度变化要比海潮区明显。春季在黑潮延伸区,卫星观测的海表温度与Argo近海表温度差异较小。在低风速时,TMI和AMSR-E海表温度均经过了良好校正,而TMI比AMSR-E效果更好。     

Pressure significance of gas chimneys

Analysis was carried out of part of the northern North Sea to test what the presence and style of gas chimneys indicate about fluid pressure (P_f) within hydrocarbon reservoirs. Previous results suggest that broad chimneys above a trap and thin chimneys on the flanks indicate the presence of hydrocarbons, whilst thin chimneys in the crest suggest the hydrocarbons have escaped. Each type of gas chimney is usually associated with overpressure within Mesozoic reservoirs, but the water leg is hydrostatically-pressured in most Cenozoic reservoirs. This indicates: (a) gas leaking from a trap does not necessarily cause P_f to become hydrostatic; (b) overpressure may not be necessary for the expulsion of gasses through seal units to create the chimneys; (c) although gas chimneys indicate the existence of an active hydrocarbon system, their presence does not appear to indicate anything significant about present-day P_f.