川藏铁路复杂地层水平孔钻探护壁堵漏研究与应用

川藏铁路地处青藏高原东南部,由于构造活动发育,岩体松散破碎,裂隙及承压水发育,勘察这些地层过程中时常发生塌孔、掉块卡钻、冲洗液漏失等复杂情况。本文针对隧道出口段地层设计的定向水平孔,在钻进过程中出现孔壁失稳和冲洗液漏失等问题,通过分析孔内地层特征、漏失情况,提出了适宜的冲洗液体系。随后,进行正交实验快速得到护壁堵漏材料掺量的最优组合,并通过后续的工程实践结果验证并改进,使得冲洗液工艺效果明显。优化配方后的冲洗液,能够大幅度减少孔内事故,有效地促进勘探进度,取得了显著的经济效益和社会效益。     

花岗岩酸岩作用反应动力学研究

化学刺激能够改善增强型地热系统(EGS)热储层裂隙连通情况、提高裂隙渗透率。本文以EGS热储化学刺激为出发点,开展土酸体系 花岗岩作用实验,总结实验规律,明确了酸岩作用机理,建立多矿物耦合反应动力学模型并获取重要参数。得出以下结论：土酸中HF浓度越高,对花岗岩的溶蚀率和溶蚀速率就越大,但更易产生二次沉淀;酸液中离子的浓度与不同矿物溶蚀存在对应关系,Na+和K+分别来自于钠长石和伊利石,Al3+和硅来自长石类和黏土类矿物,Ca2+前期来自方解石,后期受钙长石和氟石影响;土酸 花岗岩反应为双重机制控制下的动力学反应;HF机制下的矿物溶解反应速率常数数量级约为10-4～10-5,比中性机制下的矿物的溶解速率提高了约9个数量级。研究结果可以为EGS储层化学刺激工作提供理论支持。     

压缩气体射气扰沙河道清淤水槽实验分析探究

以粉煤灰充当模型沙,以实验室水槽实验的方式,对压缩气体射气扰沙河道清淤课题开展专题分析探究,比较分析不同喷头出气压强、河床与喷头夹角、水流流动速率的扰沙效果,结果可知:提高喷头出气压,可以提高沙泥扰起量,压强与压缩气体射气扰沙的清淤效果,总体呈正相关关系,压缩气体射流压强越大,扰沙清淤效果就相对越好,出于安全考虑,应避免水体发生剧烈波动,在0. 04 Mp以下控制出气压强相对优化;经过比较分析,在实际清淤操作中,当逆水流方向河床与喷头呈45度夹角时相对扰沙效果更为良好,可获取相对最优的清淤效果。分析结果可为同类清淤应用提供研究和技术参考,助力实现安全优质高效的河道清淤操作。     

基于旋转水槽试验的水下泥石流底部水压研究

水下泥石流的低阻力运动特性研究是研究水下泥石流运动机理的重要内容,水下泥石流底部的水压对泥石流运动阻力有重要影响。为此,采用旋转水槽实验室模拟水下泥石流的低阻运动,实测水下泥石流视摩擦角;采用新开发的测量系统,实测水下泥石流底部的水压,评估水下泥石流底部的静水压和附加水压。试验结果和理论分析表明,在水下泥石流底部的附加水压与水下泥石流的低阻力运动密切相关:水下泥石流密集流的最大厚度为12 mm的条件下,附加水压最大值达69 Pa。研究成果为揭示水下泥石流低阻力运动机理提供实验依据,新开发的测量系统为低阻力运动泥石流的水压测量开辟新途径。     

川西北地区化探采样粒度研究 ——以平武县邱家沟金矿土壤测量为例

平武县邱家沟金矿在大地构造位置上位于扬子准地台、秦岭地槽褶皱系和松潘-甘孜冒地槽褶皱系3个大地构造单元的接合部位,区域内出露地层主要为志留系茂县群。在不同的表生环境条件下开展土壤测量的最佳采样粒度不尽相同,为确定项目区化探采样最佳粒度,对粒度实验样品中热液成矿元素与样品粒度的关系进行研究,发现热液成矿元素相对富集在60～80和80～100目的粒度。参考各粒级样品在全粒级样品中的质量分数,建议选择60-100目作为化探采样工作的最佳粒度,为川西北地区开展土壤化探测量提供技术参考。     

屋檐冰柱初期生长规律实验分析

屋檐冰柱是中高纬度地区常见的冰现象, 其破碎断裂可能对人们的生产和生活带来不利影响。同样在桥梁工程、 隧道工程和输电工程中也经常受到冰柱的影响, 造成危险和工程设施的损害, 但由于缺乏对冰柱生长发育规律的探索, 导致冰柱冰害防治及处理方式仅以机械破坏和加热为主, 成本较高。利用室外实验获取屋檐冰柱的初步生长发育规律, 以此指导在低温室内利用金属载体精准滴定模拟屋檐冰柱初期生长规律实验。实验中通过观测水滴流速及冰柱形成速率（长度、 直径和冰重）, 得出了冰柱性状和时间、 供给水量的相互关系。结果表明： 屋檐冰柱形成和水流分布受冰柱发育程度的影响, 冰柱表面水流流速与冰柱发育过程之间存在互馈关系, 冰柱形态阻力与径流集中产生的流速增量又影响着冰柱发育速度。试验过程及试验数据不仅仅对屋檐冰柱具有解释分析的作用, 对其他工程实际也具有指导意义, 可为屋檐冰柱的防治方法研究提供依据和借鉴。     

干旱型分支河流体系沉积特征与演化过程

在干旱气候背景下,盆地边缘可形成一种发育于盆地边缘并顺源延伸至湖盆边缘终止的大型沉积体系,即分支河流体系,其主体往往被称为冲积扇。分支河流体系规模较大,沉积过程复杂,其沉积物可形成大规模的油气、水储层。为了明确干旱型分支河流体系沉积演化过程及其不同时期沉积特征的差异,通过水槽沉积实验模拟再现其沉积过程,并采用三维激光扫描、延时拍摄等技术手段精确监测。研究结果表明:1）分支河流体系的半径、边缘糙度与模拟期次（沉积物供给）呈对数相关关系,同时其增生规律呈现明显的阶段性差异,据此可将沉积演化过程划分为早期、中期及后期三个阶段。2）各阶段沉积特征存在较大差异,初期阶段以片流为主,片流单元在分支河流体系表面呈连片状多期次迁移叠置,中期阶段非限制性河道的侧向迁移及与其远端相连的限制性河道的形成与废弃共同主导了沉积过程,后期阶段非限制性河道发育程度大大降低而限制性河道发育程度大大增加并主导沉积过程。3）分支河流体系的三阶段演化导致其本身由三个沉积特征差异较大、空间结构迥异的沉积层构成,包括底层片流朵体复合体、中层非限制性河道与限制性河道切割叠覆体、顶层限制性河道切叠沉积体。     

虚拟海洋环境仿真关键技术与应用研究

本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,并运用体素化分析方法模拟其在海面的运动情况,构建了虚拟海洋环境观测载体。系统根据涉海专业出海实践内容设计观测实验,还原了海风观测实验和CTD观测实验,能有效缓解当前涉海高校实践教学资源的不足,提高海洋人才的培养质量。     

一种高精度台式旋转超声岩石取心装置

将野外采集或实验室合成的岩石样品制备成小尺寸柱状岩心样品,是进行地质学岩石高温高压物性实验的重要环节.岩石样本的脆硬性和成分不均匀性严重影响常规岩石磨削取心加工过程的稳定性和取心质量.将取样工具的旋转超声振动与岩石磨削加工过程相结合,并通过气动系统实现岩石样本在竖直方向上的柔性进给,所研制的台式旋转超声岩石取心装置可实现实验室小尺寸柱状岩心样品的高精度自动磨削取心加工过程.多种不同地质材料的取心测试结果表明,该装置能进行不同硬度岩石样品的高效率和高质量小直径取心加工,满足地质学高温高压实验的高标准制样需求.      

失稳背景流下对称型海洋内波的生成演变

本文采用无海底地形但考虑海洋跃层和剪切背景流的二维非静力准不可压缩方程组的数值模式,开展失稳垂向剪切背景流下线性和非线性对称型海洋内波生成演变的数值实验,并对结果进行分析、比较和讨论。研究结果表明,线性内波强度随积分时间始终呈指数增长,并有内波的对称不稳定;而非线性内波强度则在发展期呈准线性增长,最终进入稳定期。线性增长比非线性增长要快得多,非线性效应具有维稳作用。对该线性和非线性对称型内波,在跃层附近位密度扰动均有大值中心,即其为跃层所俘获,这与实际观测相一致;流函数与位密度扰动两者均有很好配合,位密度扰动的正、负中心分别相应于流函数的上升、下沉运动,表明有从海底向上的斜对流发生,且以跃层为顶盖。对线性内波来说,随积分时间增加,其波形大体不变,其正、负振幅也大体相同,并有符号相反原地增长的两个倾斜环流圈,而在它们之间则有较强倾斜上升流。非线性内波波形随积分时间改变,倾斜环流圈数目也在增加,最终形成负环流强于正环流的结果,并导致流函数、位密度扰动水平梯度剧增,其可视为间断。