瞬时强降雨下铁路岩溶隧道衬砌强度探讨——以贵州织毕铁路元宝山隧道为例

贵州是岩溶发育地区,强降雨对岩溶隧道衬砌破坏时有发生。贵州织毕铁路元宝山隧道通车前夕,瞬时强降雨致二衬多处发生挤出、跨塌、剥落、开裂、涌水、滴水等灾害,使织毕铁路开通计划被迫取消。本文借助MIDAS GTS数值模拟软件,计算并对比分析衬砌正常及施加50 m水压两种工况下,二衬位移量、轴力、弯矩及剪力情况,分析瞬时强降雨对铁路岩溶隧道衬砌强度的影响,主要结论如下:（1）在不考虑水压的情况下,二衬结构较为安全。当瞬时增加50 m水压时,因衬砌结构内力值过大,计算得出衬砌结构安全性已被破坏的结论;（2）对于地下水发育岩溶地段,若无水压的具体资料,建议III级围岩段采用钢筋混凝土衬砌,以增加衬砌对局部瞬时水压升高的抵抗能力;（3）泄水减压是解决水头上升水压过大致使衬砌破坏的关键。      

黏粒含量对黄土抗剪强度影响试验

开展不同黏粒含量对黄土抗剪强度影响的试验研究,揭示黏粒含量对抗剪强度的影响及其微观机理,为黄土地区的工程实践提供科学依据。通过自制负压湿筛装置筛取不同黏粒含量的黄土试样,采用静压法将不同黏粒含量的黄土试样制成同一干密度不同含水率试样进行直剪试验。研究表明:随着含水率的增长,不同黏粒含量试样黏聚力均表现为先增加后减小的变化规律,并在含水率14%附近达到最大值;内摩擦角则均呈单调下降的变化趋势。随黏粒含量的增长,不同含水率试样黏聚力呈增大趋势;内摩擦角呈先减小后增加的变化趋势。通过其微观结构可解释黏粒含量对黄土抗剪强度的影响机制。      

煤层气井井斜角对隔水层界面胶结强度影响试验

为了控制煤层气井开采过程中的水窜问题,采用自主设计的试验装置对沁水盆地晋城地区煤层气样品进行模拟试验,获得了井斜角分别为0°、30°、60°、90°条件下隔水层界面胶结强度试验数据,分析了井斜角对隔水层界面胶结强度的影响机理。结果表明:隔水层界面胶结强度随井斜角的增大而降低,原因是随着井斜角增大,井壁的泥饼环上部依次变薄,下部依次变厚,井斜角到90°时达到最厚,且随着泥饼的变厚,泥饼成分中黏土矿物的成分逐渐减少,钻屑和重晶石的含量逐渐增多。分析还认为,影响隔水层界面胶结强度主要因素有黏聚力、泥饼的含水率、颗粒密实程度、颗粒结构和矿物成分。因此,煤层气井型对隔水层界面胶结强度的影响较大,即若采用水平井开采煤层气,可能水窜问题更突出。      

巴东组典型红层软岩单轴压缩试验细观组构特征

红色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩是巴东组特殊性岩土的代表,具有遇水易崩解特性。根据岩样单轴压缩试验,基于PFC_2D程序,建立中硬岩、软岩单轴压缩试验数值模型;模型选用平行黏结颗粒接触模型。根据应力-应变曲线特征,采用分段定量参数标定法对软岩试样的细观参数进行标定;且通过调整法向和切向黏结强度比值σ_c/τ_c,控制试样单轴压缩破坏模式;分别对不同风化程度的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩在饱和、天然状态下单轴压缩试验过程进行模拟;并分析了试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙度等细观组构参数的分布特征和演化规律。研究结果表明:该数值方法能够很好地模拟中硬岩、软岩的单轴压缩试验过程,除中风化粉砂质泥岩外,风化程度和浸水条件仅能影响试样颗粒接触力在统计角度范围的大小,不能影响其分布形式;同时,风化程度和浸水条件延长了配位数显著下降的加载时间,配位数随裂缝数量的增加而减小;浸水条件和风化程度对泥质粉砂岩的孔隙度演化影响较大;风化程度对粉砂质泥岩孔隙度演化影响较大,而浸水条件影响较小。      

阳泉矿区寺家庄井田太原组煤层气地球化学特征及成因

为了研究阳泉矿区寺家庄井田煤层气地球化学特征及成因问题,系统开展了石炭-二叠系太原组主力产气煤层（8、9和15煤）煤心样品的现场解吸实验,并收集气样进行组分和碳同位素分析。结果表明:8煤含气量高于9煤,平面上15煤含气量不均匀,部分地区几乎不含气;整个解吸过程中,8煤和9煤气体组分含量及变化规律相近,CH₄含量呈先增加后降低、N₂含量呈先降低后升高的趋势,而15煤CH₄含量呈近线性降低、N₂含量呈线性增加趋势;其中,9_上煤CH₄体积分数为27.82%~76.12%,N₂体积分数为21.49%~72.20%,15煤CH₄体积分数38.15%~89.41%、N₂体积分数为6.55%~61.82%;随着解吸的进行,8煤和9煤中的煤层气碳同位素δ13C₁值总体呈增加的趋势,15煤中的煤层气δ13C₁值总体呈现为3个逐渐增加序列,δ13C（CH₄）与δ13C（CO₂）变化无相关关系。研究区煤层气主要为热成因气,生物作用不明显。另外,关于煤层气组分中CH₄含量低异常和N₂含量高异常的原因有待进一步研究。      

闽江河口湿地典型植物群落及交错带植硅体碳分布特征研究

湿地既是"碳汇"也是"碳源",研究发现,碳可以被长久稳定地封存在植硅体内,不同植物的植硅体封存碳的能力有明显差异。选取闽江河口鳝鱼滩湿地芦苇群落、短叶茳芏群落、互花米草群落及交错带为研究对象,研究这3种植物植硅体碳(Phytolith-Occluded Carbon,简称PhytOC)含量和储量的空间变化特征和影响因素,探讨PhytOC含量在纯群落和交错带的差异,为研究植物竞争和碳循环过程提供依据。结果表明:受水文条件、植物生长和空间扩展等影响,闽江河口湿地植物PhytOC含量整体表现为近岸区高于近海区,PhytOC储量表现为纯群落高于交错带。PhytOC含量依次表现为芦苇纯群落(4.14 mg/g) > 交错带芦苇(3.67 mg/g) > 与芦苇交错的短叶茳芏(3.08 mg/g) > 互花米草纯群落(2.70 mg/g) > 与互花米草交错的短叶茳芏(1.96 mg/g) > 交错带互花米草(1.86 mg/g) > 短叶茳芏纯群落(1.75 mg/g)。短叶茳芏与芦苇相互扩展中短叶茳芏植物整体及各器官PhytOC含量均升高,而与互花米草相互扩展时短叶茳芏除了根系、茎以外各器官PhytOC含量均下降。3种植物各器官在交错带中PhytOC储量分配比明显不同于纯群落,根系PhytOC储量的分配比上升,提高了根系竞争力。芦苇、短叶茳芏、互花米草通过植硅体封存的碳储量分别占植物碳储量的0.27%、0.15%和0.07%,但植物间的扩展过程影响了植物的PhytOC储量,其中短叶茳芏与互花米草形成的交错带中短叶茳芏下降幅度最高(56.29%),互花米草下降幅度最低(26.15%)。由此可见,植物的空间扩展对植物PhytOC含量、储量以及在不同器官的分配比都有一定的影响,短叶茳芏在与芦苇和互花米草竞争时分别采取不同的PhytOC分配机制。     

陆架边缘海沉积物有机碳矿化及其对海洋碳循环的影响

边缘海沉积物是海洋重要的碳储库,其内部的碳循环主要是由有机质矿化分解过程来驱动的。有机碳进入边缘海沉积物后,矿化分解为溶解无机碳(DIC)进入沉积物孔隙水并扩散到上层水柱,参与海洋系统碳循环;同时还有部分DIC与钙镁等离子结合形成自生碳酸盐,保存于沉积物碳库。从生物地球化学角度探讨有机质埋藏机制和效率,在此基础上重点综述沉积物硫酸盐还原、产甲烷和甲烷厌氧氧化过程的耦合机制,以及有机质矿化对自生碳酸盐形成的影响等方面的研究进展,以期加深对陆架边缘海沉积物在全球碳循环收支平衡中的作用及其气候环境效应的认识。     

不同强度热带气旋对中国降水变化的影响

基于1960—2017年2 000多个气象台站逐日降水数据和中国气象局热带气旋(TC)最佳路径资料集,采用客观天气图分析法(OSAT)识别得到TC降水。研究表明,中国TC降水总体呈显著下降趋势,较12年前的研究结果下降趋势变缓;TC盛期(7~9月)降水占到TC总降水的78.5%,TC盛期降水和TC非盛期降水均呈显著下降趋势。TC降水气候趋势在空间分布上以减少为主要特征,并表现出明显的地域差异,自南向北呈"减少—增多—减少"的分布型,减少趋势中心位于广东和海南。按TC影响期最大强度分级(弱TC、中等强度TC和强TC)研究不同强度TC降水的变化,结果显示,强TC降水表现出显著减少趋势,主要决定着TC总降水的影响范围和趋势等主要特征。进一步分析发现,影响TC频数在1960—2017年呈显著减少趋势,并在1995年发生突变;对1995年前后2个时期的对比研究显示,与前一时期(1960—1994年)相比,后一时期(1995—2017年)影响TC活动频次在20°N以南的海域呈现出显著的减少趋势,减少大值中心位于南海北部,而且这一特征也主要由影响TC中的强TC所决定;强TC的这一变化趋势导致了华南地区尤其是广东和海南TC降水日数的减少,进而使得TC降水减少。     

含软弱夹层板岩抗剪强度试验及表征方法

在微机控制岩石剪切试验机上,针对预裂的含薄层黏土充填结构面板岩试件,进行不同法向应力下的结构面直剪试验,发现:结构面直剪试验中,并不是整个结构面都参与抗剪工作,只有部分结构面发挥抗剪作用,而且发挥抗剪作用的有效摩擦面积随法向应力的增大而增大,但是增大速率逐渐减小。基于整个结构面发挥抗剪作用的假设,获得了结构面表观剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面表观抗剪强度指标;同时基于每次直剪试验中结构面部分区域发挥抗剪作用的假设,获得了结构面有效剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面有效抗剪强度指标。对比两者发现:结构面抗剪强度指标中,内摩擦角与发挥抗剪作用面积的选取无关,黏聚力则受发挥抗剪作用面积选取的影响;基于结构面有效摩擦面积计算得到的有效黏聚力,相比表观黏聚力,提高了95%。本文研究成果对于滑坡工程治理方案的评估与选择具有重要的意义和价值。