高能量冲击作用下淤泥孔压特征规律试验研究

以往动力排水固结室内试验,通常冲击能量不够,很难激发软土某些工程响应,对应加固机制难以发现。通过可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,针对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了淤泥孔压等响应特征：夯击瞬间（6 ms）上部孔压增长及下降时间非常短,且其重复性好;初始两遍夯击结束后中部孔压变化呈双峰型,其时间间隔随着夯击遍数增加而逐渐变大,最后不复存在;每遍夯击瞬时中部土压均出现急剧增长与快速减小,增长幅度随夯击遍数增加呈减小趋势,但每遍夯完后数天内土压值均大于夯前值;每遍夯击孔压消散后最终值都小于初始孔压,说明在一定的排水条件下,淤泥这类超软土地基确实可夯击;夯击后残余应力作用机制存在,且其对沉降起主要作用,而一定静力荷载的这种机制不明显;排水板插设扰动效应不可忽视,但该扰动效应随软土埋深增大而减少。     

辫状河三角洲沉积特征与生长演变规律——水槽沉积模拟实验研究

辫状河三角洲是一类常见的沉积体系,也是一类常见的油气储层,其沉积特征、沉积演化过程及内部结构一直受到沉积学研究的关注。为明确辫状河三角洲沉积特征、演化过程及生长演变规律,笔者等通过水槽实验模拟辫状河三角洲在平缓的水下底形上逐步发育的过程,并采用三维激光扫描仪、延时拍照等手段进行精准的沉积地貌监测和定量沉积学分析。研究表明：(1)辫状河三角洲沉积演化过程中,三角洲的规模、水流分散样式、沉积体表面地貌特征及沉积物分布样式存在阶段性差异,可据此将实验辫状河三角洲的演化分为3个阶段。(2)在最初阶段,辫状河携带沉积物直接入“湖”堆积并形成朵状河口坝,入“湖”水流无明显的水道化特征,随着朵状河口坝逐渐堆积露出水面,三角洲平原初步形成,平原上河道开始分流并导致后续河口坝转变为连续的弧形坝分布于先期沉积体周缘,这一阶段三角洲平均半径快速增加;进入第二阶段后,三角洲平均半径增速减缓,供给河道进入三角洲平原后形成1～2条主干分流河道与多条次级分流河道,并在主干河道河口区形成弧形的前缘朵体;到第三阶段,三角洲平原面积已经较大,其平均半径增速进一步降低,平原上分流河道的分叉性更强、宽度更小,不同分流河道规模...     

上覆流沙层隧道开挖面稳定性分析与数值试验研究

为解决上覆流沙层隧道开挖面极易发生坍塌破坏的技术难题,以典型该地质条件下的青岛地铁M2号线啤苗区间（啤酒城站至苗岭路站）为研究对象,基于开挖面的实际破坏特征建立了开挖面失稳破坏力学模型,从功能转化平衡角度,进行了隧道开挖面稳定性上限分析,并利用强度折减与重力加载两种方式,提出了隧道开挖面安全系数,得到了不同开挖面土体黏聚力、摩擦角、重度、隔水层厚度及隧道开挖高度下的临界土体破裂范围及破裂模式。理论研究表明：随着开挖面土体黏聚力、摩擦角、隔水层厚度等参数的增加,开挖面安全系数不断增大,稳定性不断提高;随着土体重度、隧道开挖高度增加,开挖面安全系数不断减小,稳定性不断降低。通过建立不同工况的数值模型验证了理论研究的正确性,得到了上覆流沙层地质条件下开挖面的典型破坏模式和临界参数,并提出了相应工程建议。研究成果为青岛地铁M2号线的顺利贯通及该类地质条件下的隧道施工提供了理论指导和科学对策。     

石灰岩高速滚动摩擦特性

滑面的摩擦特性是高速岩质滑坡动力学研究的关键问题之一。以典型脆性灰岩为研究对象,借助滚动磨损试验设备,开展不同压力和转速条件下干燥和湿润灰岩的滚动摩擦试验,研究岩石动态摩擦特性（摩擦系数和磨损率）。试验结果表明,干燥和湿润岩石的滚动摩擦系数分别与摩擦速率呈负相关和正相关,与法向压力关系不明显。对于干燥灰岩,滚动试件（滑体）和静止试件（滑床）的磨损率与摩擦速率分别呈正相关和负相关。对于湿润灰岩,磨损率与摩擦速率呈正相关。基于Hertz弹性接触理论,推导出摩擦斑处的最大压应力和拉应力,进而提出相应条件下脆性灰岩的摩擦碎裂机制。结论可为灰岩高速滑坡防灾减灾提供设计参数。     

水文实验研究的现状与发展探讨

水文实验是水文科学发展的基础和必要条件,但是,20世纪90年代以来,由于科技体制改革等诸多原因,水文实验研究工作不断萎缩甚至停滞,与经济社会快速发展形成巨大反差。分析了水文实验研究工作现状,针对新时期新形势下对水文实验研究工作提出的更高要求,阐述了水文实验站发展的规划原则,并对水文实验研究发展进行了展望。     

Impact of climate change on wetland ecosystems: A critical review of experimental wetlands

Climate change is identified as a major threat to wetlands. Altered hydrology and rising temperature can change the biogeochemistry and function of a wetland to the degree that some important services might be turned into disservices. This means that they will, for example, no longer provide a water purification service and adversely they may start to decompose and release nutrients to the surface water. Moreover, a higher rate of decomposition than primary production (photosynthesis) may lead to a shift of their function from being a sink of carbon to a source. This review paper assesses the potential response of natural wetlands (peatlands) and constructed wetlands to climate change in terms of gas emission and nutrients release. In addition, the impact of key climatic factors such as temperature and water availability on wetlands has been reviewed. The authors identified the methodological gaps and weaknesses in the literature and then introduced a new framework for conducting a comprehensive mesocosm experiment to address the existing gaps in literature to support future climate change research on wetland ecosystems. In the future, higher temperatures resulting in drought might shift the role of both constructed wetland and peatland from a sink to a source of carbon. However, higher temperatures accompanied by more precipitation can promote photosynthesis to a degree that might exceed the respiration and maintain the carbon sink role of the wetland. There might be a critical water level at which the wetland can preserve most of its services. In order to find that level, a study of the key factors of climate change and their interactions using an appropriate experimental method is necessary. Some contradictory results of past experiments can be associated with different methodologies, designs, time periods, climates, and natural variability. Hence a long-term simulation of climate change for wetlands according to the proposed framework is recommended. This framework provides relatively more accurate and realistic simulations, valid comparative results, comprehensive understanding and supports coordination between researchers. This can help to find a sustainable management strategy for wetlands to be resilient to climate change.     

土壤入渗对阜新市北部浅层地下水总硬度影响的淋滤实验

本次室内土柱淋滤实验通过改变Na~+、H~+、NH_4~+浓度来模拟现实生活中不同浓度的生活污水、酸雨及农业施肥灌溉对浅层地下水总硬度的影响过程。实验结果表明淋滤液浓度越高,所对应的淋出液的总硬度峰值就越高。相同浓度的Na~+、H~+、NH_4~+进行土柱淋滤实验时,NH_4~+所对应的淋出液总硬度的峰值最大,H~+次之,Na~+最小且NH_4~+所对应的整个实验用时最短,在相同浓度单一离子作用下NH_4~+对浅层地下水硬度的影响更加明显。     

极地深部冰层取心钻探孔壁水压致裂研究

为了维护极地深部冰层取心钻探工作中钻孔的稳定,避免孔内事故的发生,冰层孔壁的水压致裂问题是亟待解决的重要科学问题之一。本文在深入分析国内外冰层钻探资料的基础上,结合冰盖动力学相关理论,计算得出了钻孔所在区域冰层的密度、温度及内部应力随深度的变化规律。在此基础上,结合油气资源勘探水力压裂技术与冰层钻进钻井液等相关理论,建立了合理的孔壁压差计算方法,深入探讨了适用于深部冰层钻探孔壁水压致裂机理。研制了冰层钻孔水压致裂模拟实验装置,可分析研究不同围压条件下冰样的脆性变形机理。结合我国Dome A深冰心钻探工程实际,提出钻孔可能发生水压致裂的深度区域及孔壁所需的起始裂纹长度判定,以期为后续的安全高效冰层钻进提供重要的理论依据。     

ScCO2-H2O作用下不同煤级煤化学结构变化的实验研究

超临界二氧化碳（ScCO₂）–H₂O–煤地球化学反应可造成煤物理结构和化学结构的改变,对煤层注CO₂增采甲烷的有效性尤为关键。为了探讨ScCO₂-H₂O-煤反应对不同变质程度煤化学结构的影响,选择3个不同煤化程度煤样,在自主研制的ScCO₂-H₂O-煤地球化学反应模拟实验装置中模拟1000m埋深条件下煤样与ScCO₂和去离子水反应240h,并对反应前后的煤样分别进行了X射线衍射和拉曼光谱实验,对比分析了反应前后煤样晶体结构和碳有序度的变化特征。测试结果表明：ScCO₂-H₂O反应破坏了煤的晶体完整性和碳有序度,改变了煤的大分子结构,且对低阶煤和中–高阶煤具有不同的影响,反应提高了低阶煤的平行定向程度,使其结构更加紧凑,减小了面网间距,而使中–高阶煤中无序单元增加,面网间距增大。该研究结果为CO₂-ECBM项目实施中ScCO₂-H₂O作用对煤储层吸附解吸特征和孔渗特征影响的研究奠定了微观尺度基础。     

蒙脱石伊利石化的水热实验模拟

以蒙脱石为初始材料,通过水热实验模拟在不同温度压力条件下蒙脱石的伊利石化过程。利用X射线粉末衍射及X射线荧光光谱、红外光谱和扫描电镜等方法对样品的矿物物相、化学成分、晶体结构与微观形貌等进行分析,其结果表明:(1)蒙脱石至伊利石的转化受温度和压力条件的控制;(2)随着温度和压力的增高,蒙脱石伊利石化沿着蒙脱石-无序伊蒙混层-有序伊蒙混层-伊利石的转化序列进行转化;(3)水热实验模拟表明蒙脱石至伊利石的转化以溶解重结晶机制为主。实验结果不仅有助于了解埋藏与低级变质作用中的蒙脱石伊利石化过程,同时为研究断层活动所致断层泥中黏土矿物的转化及反演断层形成时温度压力条件提供基本参数。