煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。     

基于MatDEM的砂土侧限压缩试验离散元模拟研究

离散元法基于非连续介质力学理论,尤其适用于砂土等离散介质体的数值模拟研究。利用岩土体离散元模拟软件MatDEM的二次开发功能,研发了砂土侧限压缩试验三维离散元模拟器。对三个不同级配砂土试样进行了侧限压缩试验,并且进行了与之相对应的数值模拟,通过分析对比试验结果与数值模拟结果验证了所开发模拟器的有效性。模拟结果表明:离散元法可以很好地反应砂土压缩过程中的配位数变化;每个模拟样品中,粒径较小的单元受到较大的平均压力,导致平均位移较大;数值计算结果的主要误差是由离散元颗粒自身的泊松比引起的。研究突破了常规土力学研究方法的局限性,为今后岩土工程离散元模拟研究提供了参考。      

修正剑桥模型在DPC桩—土结构层中的应用分析

针对DPC桩-土结构层开展大型直剪试验,基于试验分析,在考虑DPC桩-土结构层注浆影响上引入临界应力比,构建了可描述应变软化的修正剑桥模型应力应变方程。直剪试验表明DPC桩-土结构层剪切特性表现为剪切软化,具有明显的峰值强度和残余强度,呈现出明显的结构性,其特征与超固结的黏土的剪切应力应变曲线特性类似。推导出的修正剑桥模型能较好的解释实验结果,所得出的结论对DPC桩的设计有一定的指导意义。      

连云港海相软土不排水强度特征

连云港地区软土为碱性环境下沉积的非均质海积软土,软土抗剪强度具有固有各向异性。采用三轴不固结不排水剪切（UU）试验、无侧限抗压强度（UTC）试验、快剪试验和原位十字板剪切（FVT）试验4种方法,对连云港地区软土的不固结不排水抗剪强度特征进行了研究。结果表明：土体水平剪切面强度最低,竖直面抗剪强度最高;土体制样采用垂直方向的切取试样方式时,土体强度最高。根据三轴UU试验得出的黏聚强度和内摩擦角基于土体单元极限平衡理论恢复了土体剪切破坏时的应力状态,计算出土体实际抗剪强度。三轴UU试验得出的抗剪强度平均值约为13.13 kPa,试样破裂面与水平面的夹角在45.1°~45.7°区间最为集中。UTC试验测得的土体平均抗剪强度近似等于三轴UU试验测得的平均抗剪强度。FVT试验测得软土抗剪强度平均值为19.72 kPa,与三轴UU试验和UTC试验得出的抗剪强度平均值相比高了约6.60 kPa,这种现象与室内试验试样的机械扰动、土体应力状态改变和剪切面特征有关。     

畸形波作用下双层水平板防波堤压力分布特性研究

基于物理模型试验,考虑畸形波参数、相对板宽、相对波高等影响因素,就畸形波对平顶双层水平板防波堤作用进行研究。首先对畸形波作用下双层水平板的波浪力分布特征进行了讨论,然后就最大波动压强、结构最大总垂向力与不规则波作用进行了对比分析。结果表明,畸形波作用下,双层水平板最大波动压力出现在前端迎浪区域附近,向尾端逐渐递减。双层水平板4个受力面的压力分布不同且有相位差,4个受力面的最大波动压力时间差约在0.1T_p~0.4T_p范围内变化。与不规则波作用比较,畸形波作用没有显著改变波压包络分布特征,但增大了波压包络强度值。试验范围内,就最大总力而言,两者最大总浮托力比值在1.06~2.45间变化;向下的最大总垂向力比值在1.22~2.07之间变化;就波动压力而言,其增大的幅度与畸形波参数α₁相关性最强,随α₁的增大而增大,在α₁=2.04~3.1试验范围内,畸形波作用时的最大压强比不规则波作用时可约增大20%~80%。就最大波吸力而言,两者的比值与畸形波参数α₄相关性最强,随α₄的增大而减小。在α₄=0.62~0.75试验范围内,最大波吸力强度的比值在1.61~0.87范围内变化。当α₄≤0.72时,畸形波作用时的最大波吸力大于不规则波作用时的最大波吸力;当α₄ > 0.72时则刚好相反。     

Experimental and numerical study on vortex-induced motions of a deep-draft semi-submersible

An experimental study on vortex-induced motions (VIM) of a deep-draft semi-submersible (DDS) was carried out in a towing tank, with the aim to investigate the VIM effects on the overall hydrodynamics of the structure. In order to study the fluid physics associated with VIM of the DDS, a comprehensive numerical simulation was conducted to examine the characteristics of vortex shedding processes and their interactions due to multiple cylindrical columns. The experimental measurements were obtained for horizontal plane motions including transverse, in-line and yaw motions as well as drag and lift forces on the structure. Spectral analysis was further carried out based on the recorded force time history. These data were subsequently used to validate the numerical model. Detailed numerical results on the vortex flow characteristics revealed that during the “lock-in”, the vortex shedding processes of the upstream columns enhance the vortex shedding processes of the downstream columns leading to the rapid increase of the magnitude of VIM. In addition to the experimental measurements, for the two uniform flow incidences (0° and 45°) investigated, comprehensive numerical data of the parametric study on the VIM characteristics at a wide range of current strength will also serve as quality benchmarks for future study and provide guidance for practical design.     

Model tests on installation and extraction of suction caissons in dense sand

A series of model tests were performed on steel- and Perspex-made suction caissons in saturated dense marine sand to explore installation and extraction behaviors. The extractions of the caisson were conducted by applying monotonic loading or by pumping water into the caisson. Responses of suction caissons to pullout rates, aspect ratios, and extraction manners were examined. Test results show that a cone-shaped subsidence region occurs around the suction caisson during the suction-assisted installation. The pullout bearing capacity of the suction caisson in sand is dominated by the loading rate and the loading manner. For the suction caisson subjected to monotonic loading, the maximum bearing capacity is reached at the pullout rate of about 20.0?mm/s. The mobilized vertical displacement corresponding to the pullout capacity increases with increasing the pullout rate. The passive suction beneath the suction caisson lid reaches the maximum value when the pullout bearing capacity is mobilized. In addition, during the suction caisson extracted by pumping water into the caisson, the maximum pore water pressure in the caisson is obtained under the displacement of approximately 0.04 times the caisson diameter. The absolute values of the maximum pore water pressures for the suction caissons approximately equal those of the maximum vertical resistances at the monotonic pullout rate of 5 mm/s. When the vertical displacements of the suction caissons with the aspect ratio of 1.0 and 2.0 reach 0.92 and 1.77 times the caisson diameter, respectively, the seepage failure occurs around the caissons. Using a scaling method, the test results can be used to predict the time length required for the prototype suction caisson to be extracted from the seabed.     

1958-2016年呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗气温和降水变化特征

气候变化是影响草原区植被与环境状况的重要因素。利用呼伦贝尔草原新巴尔虎右旗1958-2016年的气温和降水数据资料,采用线性倾向估计法、累积距平分析法、M-K检验法和Morlet小波分析等方法,从不同时间序列上,对该地区近59年的气候变化趋势、极端气候以及突变现象进行分析。结果表明：年平均气温以0.354℃/10a的速率上升,上升趋势显著;四季平均气温均呈现增温趋势,其中春季增温趋势最大;1985-1986年发生了由低温到高温的突变;研究区年平均气温存在11 a的强显著周期。研究区年降水量整体以8.68 mm/10a的速率呈下降趋势,变化趋势不显著;降水集中在夏季（6-8月）,占全年降水量的72.9%,7月降水量最大,有效降水日数最多;1961-1962年和1981-1982年降水发生突变;极端降水指标中日最大降水量、连续5 d最大降水量、强降水量、极强降水量、强降水比率、连续无雨日数、零降水量日数均呈现递减趋势,仅降水强度呈递增趋势,变化趋势均不显著;Morlet小波分析表明研究区年降水量存在52 a的强显著周期。新巴尔虎右旗近59 a气候总体呈现干旱化趋势。     

黑龙江绥芬河市北寒葱河河谷地下水水质保护及开发利用建议

为掌握绥芬河市北寒葱河河谷地下水的水质状况,向地方提供合理的水资源开发建议,本研究以地质、水文地质调查、水样采集等手段为基础,利用模糊综合评价法和层级阶梯法分别进行了研究区地下水水质和污染状况评价,应用物探测试、抽水试验等原位测试技术论证了区域地下水的富水性。以上工作基本查明了研究区地下水的水量和水质现状.认为研究区裂隙承压水一般为Ⅰ~Ⅲ类水质,污染等级为未污染水,水质状况较好,污染程度较低,宜于饮用;中生代构造破碎带涌水量可达350m³·d^-1以上,建议地方政府应重点围绕构造破碎带开展物探找水,并开展地下水源地分区保护规划.     

陕西泾阳南塬滑坡干湿黄土快速大剪切力学特性

借助于先进的多功能大型高速高压环剪试验机,针对陕西泾阳南塬滑坡中的饱和黄土、干燥黄土在快速大剪切位移条件下的力学响应特性进行了环剪试验研究。研究结果表明:1)在相同试验条件下,与干燥状态黄土相比,泾阳南塬黄土在饱和条件下抗剪强度指标降低。2)在连续快速剪切条件下,泾阳南塬滑坡饱和与干燥黄土均表现出应变软化特征,饱和黄土比干燥黄土的软化特征更加显著。3)在相同法向应力条件下,剪切速率对饱和和干燥黄土峰值强度均有显著影响,但两种状态下土体峰值强度随剪切速率变化特征不同。饱和黄土峰值强度随剪切速率的增大而增大,而干燥黄土峰值强度随剪切速率的增大而减小。4)在不同含水状态下,泾阳南塬滑坡黄土剪切力学特性变化规律具有不同的产生机理。其中,干燥黄土抗剪强度在连续剪切过程中主要受黏土颗粒间摩擦(阻)力、颗粒运移与定向排列以及剪切面形态的控制。与干燥黄土相比,饱和黄土峰值抗剪强度变化主要受土黏聚力的控制并受水的影响;土体内水的作用能够加剧其应变软化程度并可形成光滑平整的剪切面形态,进而对其峰后剪切应力变化产生影响。