热屏障井对地下水源热泵换热影响模拟

对于场地受限的地下水源热泵项目,随着系统运行时间的增加易引发热贯通现象进而降低机组运行效率。地下水源热泵设计中,在抽灌水井连线间布设热屏障井可改变地下水流场,降低热量在抽灌井间的运移速度,有利于延长热贯通发生时间并缓解热贯通程度。通过构建地下水换热模型,模拟计算夏季制冷工况条件下36组热泵运行场景,分析了热屏障井的位置,过滤管长度及回灌量对热贯通和含水层温度场的影响规律。结果表明:热屏障井回灌量的增加有利于提升热屏障效果,但提升幅度随回灌量的增加逐渐减弱;最大水位降深值随着热屏障井回灌量的增加呈线性增长;增加热屏障井滤管长度可提升热屏障效果,提升效果随屏障井回灌量的增加逐渐增强。通过模型多周期、长时间模拟计算发现,热屏障井的运行可促使回灌的冷热量集中在回灌井一侧,对于采用冬夏季抽灌井交换运行模式的热泵系统,可充分利用含水层储能,提升机组运行效率。     

粤港澳大湾区地下水资源特征及开发潜力

粤港澳大湾区是中国开放程度最高、经济活力最强的区域之一,在国家发展大局中具有重要的战略地位,大湾区未来的发展离不开水资源的支撑和良好的水生态环境。近年来,随着大湾区经济的快速发展,人口激增,需水量上升,水资源环境问题也日益突出,水安全保障程度不足;地下水是水资源的重要组成部分,具有水量稳定、水质较好的特点,可作为重要的应急备用水源。本文从地下水资源着手,系统梳理了大湾区水资源环境条件、地下水资源状况、特征和开发利用潜力,并提出了应急后备水源地建议,得到以下认识:(1)地下水可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水三大类,其中松散岩类孔隙水和基岩裂隙水分布最广;(2)湾区内地下水水化学类型较为复杂,丘陵山区以HCO_3-Na型、HCO_3-Ca型及HCO_3-Na+Ca型为主,冲积平原及山间盆地以HCO_3+Cl-Na型及HCO_3+Cl-Na+Ca型为主,三角洲地区以Cl-Na型微咸-咸水为主;(3)西江、北江及东江干流构成湾区内地下水排泄的总渠道,各支流为地下水的局部排泄基准面,地下水动态变化具季节性特征;(4)地下水整体水质较好,Ⅰ-Ⅲ类水占比高达66.25%,从丘陵山区到三角洲平原,水质呈变差趋势,尤其在广州、江门、中山、东莞等城市周边水质较差,超标因子主要为氨氮、氯化物、氟化物、硫酸盐等,三角洲地区发育大量"铁质水"和"氨氮水",水质性缺水问题突出;(5)地下水开发利用程度很低,东莞及中山等城市基本未开发利用地下水,在各类地下水中,碳酸盐岩岩溶裂隙水具有规模开采的开发利用潜力;(6)综合分析相关资料,提出将广花盆地等10处富水块段作为应急水源地备选,经初步计算每年可为大湾区提供约4.18亿m~3的应急水源保障。为应对突发性水质污染及极端干旱气候等大规模供水危机,保障粤港澳大湾区用水安全,促进大湾区高质量发展,建议加强大湾区的基础水文地质调查工作,掌握地下水的水位、水质、水量的动态变化特征,精准计算可用于应急备用开采的地下水储存量。     

粗砂砾石地层中高压旋喷桩隔水帷幕施工技术

太原万达广场A2区商住楼基坑工程部分区域为粗砂砾石地层,基坑隔水帷幕中深层搅拌桩无法有效使用。提出了在粗砂砾石地层采用高压旋喷桩隔水帷幕的施工技术方案,采用双套管锚杆钻机引孔、单管高压喷射工艺进行施工,成功实施了这一工程。经检查,喷射注浆体相互咬合良好,有效桩径内水泥含量均匀无夹块现象,隔水帷幕止水效果良好。     

新型同径分层止水工艺在地热探采深井的应用

原平大营地热探采结合深井完钻井深3088 m,为探明494~3088 m变质岩地层的水文地质参数和水源补给情况,基于岩心和测井资料划分4个抽水试验段,且试验后需要恢复目的含水层。根据“一孔同径分层止水”原则,设计了管内止水托盘止水、管外止水伞止水的新型同径分层止水工艺。该工艺简化了井身结构,避免了管外投粘土球、注水泥等堵塞含水层的情况。现场实施表明,该工艺止水效果完全满足水文地质抽水试验要求,可为同类工程提供经验和借鉴。     

节理分布空间变异的地下洞室稳定性概率分析

以岩土材料力学参数空间变异性的"点估计-有限元"分析方法为基础,结合节理分析时自身存在几何模型、网格划分等特性,扩展了该方法在节理分布空间变异性分析方面的适用性,明确了具体的研究步骤与方法。以某抽水蓄能水电站为例,通过分析节理空间变异性对围岩变形与塑性区的影响,验证了扩展后该方法的准确性和合理性。对工程案例开挖揭露的1400余条节理进行概率统计,建立了节理空间变异性的有限元分析模型;采用扩展后的概率分析方法,研究了节理分布对地下洞室群围岩开挖稳定性的影响。研究结果表明:(1)对比概率分析得到的围岩变形概率分布与现场监测结果,发现剔除变形异常点后监测变形量值大部分位于得到的位移概率分布范围内,说明节理的空间变异性是导致监测变形波动的主要影响因素;(2)围岩变形概率分布的标准差能有效识别出围岩开挖变形受节理空间变异性的影响程度,对于所给出的案例依次为:机窝>边墙>顶拱;(3)围岩塑性区的概率分区能合理判断地下洞室群开挖时受节理影响较大的区域和范围,为工程施工的支护设计提供依据。     

水和水蒸气辅助粗晶三水铝石转化为勃姆石的机制研究

在165℃、175℃、185℃和195℃的温度条件下,对水热处理前和处理后的粗晶三水铝石样品分别进行了XRD分析和SEM表征,研究了粗晶三水铝石在水蒸气和热水中转变成勃姆石的相变过程。结果表明,水热条件下粗晶三水铝石转化成勃姆石的过程受控于溶解-再沉淀机制,而并非是通常认为的固体状态下的转变;相对于在热水中,水蒸气环境可以加速三水铝石向勃姆石的转化;所形成的勃姆石的粒径（4~7 μm）明显比前驱体三水铝石的粒径（120~200 μm）要小得多,表明可以利用粗晶三水铝石生产微晶勃姆石。在转化过程中,勃姆石微晶首先生长在三水铝石的晶体表面上,通过控制反应温度和反应时间,可形成壳层为勃姆石、壳下为三水铝石的具有双层结构的铝的氢氧化物颗粒,也有可能形成具有中空结构的勃姆石集合体颗粒。     

利用废弃地下空间建设战略原油储备库的构想

当前各国原油储库主要分为地面储库、地下盐穴储库和地下水封洞窟3种类型.根据我国实际情况分析,这3种类型储库均难以在我国推广.通过分析中国东北地区现有废弃矿山情况,结合地下原油储库的工程技术条件,提出了利用废弃矿山改造地下空间,用以建设战略原油储库的构想.建议尽快开展东北地区废弃矿山地下空间综合调查工作,启动相关地下油气储库封闭实验等测试研究工作.     

寒区渠基黏土热参数最优概率分布

为分析寒区渠基黏土热参数的随机分布特征及概率分布模型,以寒区渠基黏土的导热系数为样本,结合经典分布拟合法、多项式逼近法、最大熵法和正态信息扩散法,分别对寒区渠基黏土热参数的概率分布规律进行了研究。首先通过分析热参数的离散性,并比较概率分布曲线、拟合检验值和累计概率分布值,对不同方法描述热参数随机性的优劣进行了评价;然后,基于寒区渠基黏土热学参数对温度的敏感性,提出了一个可以达到理想拟合精度的寒区渠基黏土热参数概率推断的区间取值标准。研究结果表明：寒区渠基黏土的热参数具有随机变量的特征;正态信息扩散法可以描述热参数样本的随机波动性;在4种方法中,正态信息扩散法的拟合精度最高。使用3.5σ法,将[μ-3.5σ,μ+3.5σ]（μ为随机变量的均值,σ为标准差）作为概率函数推断时的取值区间,同时考虑偏度的影响,可使得累计概率值达到1.000 0的精度,能够较准确地推断热参数的概率分布函数。     

活动断裂带岩石的变形机制和摩擦性质—以圣·安德列斯断层为例

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。     

滑坡对降雨响应的多指标监测及综合预警探析:以赣南罗坳滑坡为例

降雨量和位移是当前降雨型滑坡监测预警最常用的指标。然而,降雨量和位移监测结果只能反映降雨作用下滑坡的变形情况,不能揭示滑坡内在物理力学性状对降雨的响应。因此,除降雨量和位移监测之外,建立包括体积含水率、基质吸力等反映滑坡动态演化过程的关键指标监测体系必将成为今后更真实地把握滑坡内在演化趋势、更准确地建立滑坡综合预警判据的最有效手段。笔者对赣南地区典型降雨型滑坡进行了多指标监测及综合预警示范研究。结果表明:(1)在降雨条件下滑坡土体内部体积含水率、基质吸力和温度等多指标均产生有规律的动态响应;(2)随着降雨的持续,滑体体积含水率与基质吸力的变化均具有显著的滞后现象;(3)体积含水率和基质吸力变化速率与滑体位移具有显著的正相关性;(4)滑体温度分布变化规律受大气温度和体积含水率的共同影响。以实测数据的滑坡稳定性分析为基准,在考虑实际降雨入渗深度与滑坡稳定性的关联度上,建立了包括日降雨量、体积含水率增加速率、基质吸力减小速率以及位移速度多元指标预警方法体系,提出了基于关键指标综合预警体系及确定方法,旨在为降雨滑坡准确预警提供新模式。