淤泥堤基上粉细砂排水垫层特性研究

在工程实践中,排水垫层厚度、渗透系数等设计参数高度依赖经验,建筑规范[1]认为粉细砂不宜用于排水垫层。结合上海某围垦工程粉细砂排水垫层的实践与原位观测成果,借助于非线性有限元,对粉细砂排水垫层的特性进行研究,探讨垫层渗透系数、厚度、长度以及堤身相对透水性等主要因素对地基固结排水的影响。在此基础上,提出以导水系数作为垫层设计控制参数,并提出可以考虑以上几个主要因素的垫层设计公式,可为粉细砂取代中粗砂用于垫层设计及施工提供了技术支持。实践证明淤泥地基上利用粉细砂充填土工管袋作为排水垫层是可行的。     

基于HYDRUS模拟的ABCD模型变量及参数物理基础研究

以ABCD模型为代表的概念性水文模型是量化水文循环过程的主要手段之一,但是很少有研究检验ABCD模型变量和参数的物理基础及其与传统土壤水力参数的关系。以鄂尔多斯盆地台格庙矿区作为研究区,首先使用HYDRUS-1D软件构建站点尺度土壤-植物-大气连续体模型模拟获取非冻结期“真实的”实际蒸散量,其作为目标函数对ABCD模型进行校正,然后对比ABCD模型模拟的土壤水储量和土壤水渗漏量与SPAC模型模拟的结果,通过开展大量情景模拟探究ABCD模型中关键参数a和b与传统土壤水力参数之间的关系。结果表明：在站点尺度,ABCD模型可以用于模拟非冻结期月时间尺度的实际蒸散量和土壤水渗漏量;ABCD模型中参数a与饱和含水率、残余含水率和曲线形状参数具有较强的线性相关性,与饱和渗透系数呈对数关系;参数b与饱和含水率和曲线形状参数n具有较强的线性相关性,与饱和渗透系数和曲线形状参数α呈对数关系。研究结果可以提高对概念性水文模型变量和参数物理基础的认识,拓展水文模型在水文地质中的应用。     

基于校正的遥感数据方法估算地下水补给量：以鄂尔多斯盆地台格庙矿区为例

地下水补给是影响区域地下水资源的关键因素,准确评价地下水净补给量对地下水资源的合理开发利用和区域水文循环过程的研究具有基础性意义。通常情况下,在站点尺度可以使用蒸渗仪等设备直接监测地下水补给,而在区域尺度获取地下水补给则难度较大,因此亟待构建一种简便量化区域尺度地下水补给量的方法。本文提出一种基于遥感数据校正来估算区域尺度多年地下水补给量的方法,并在黄河中游内蒙古鄂尔多斯盆地新街台格庙矿区进行试点应用研究。通过对多源降水数据的筛选和蒸发遥感数据的校正,评价台格庙矿区地下水多年净补给量,并基于实测数据的Hydrus-1D数值模拟验证评价方法的有效性。研究结果显示,TPDC来源的降水量数据集更适用于反映研究区降水量的空间分布;MOD16遥感数据低估了矿区实际蒸散量,实际蒸散量是MOD16数据的1.41倍;矿区多年平均净补给量变化范围在-65.70～73.93 mm之间,超过80%的区域净补给量在-30～30 mm之间。新方法估算的地下水净补给量与基于实测数据的土壤水流数值模拟结果接近,表明该方法在缺乏地表产流或地表径流观测资料翔实的地区具有较强的实际应用价值。     

红菱煤矿开采保护层对煤岩体透气性的数值模拟

以红菱煤矿保护层开采为工程实例,通过开采11#煤层,对存在煤与瓦斯突出的7#煤层和12#煤层进行卸压,利用FLAC3D数值模拟中小同步开挖的渗透率变化情况,对保护层开采过程中煤岩体的渗透性进行了分析,得出了煤岩体透气性变化规律.结果表明:煤岩体的透气性随着工作面推进不断增强;开采保护层上覆岩体的渗透率明显比底板岩体的渗透率大;卸压效果越好,渗透率越大.     

开采扰动下考虑损伤破裂的深部煤体渗透率模型研究

为了研究深部煤体在开采扰动影响下的渗透率演化规律,以三向应力条件下的煤体渗透率模型为基础,从吸附解吸作用引起裂隙变形和损伤破裂造成煤基质弹性模量劣化的角度进行理论推导,引入内膨胀应变系数的概念,同时基于Drucker-Prager破坏准则的损伤本构关系建立了两种考虑煤体损伤破裂的渗透率演化模型——指数型和立方型,并且对常规三轴加载、开采扰动加卸载和改变气体压力下的瓦斯渗透试验结果进行了拟合分析。结果表明：所构建的两种模型可以较好地反映常规三轴加载和开采扰动加卸载下煤体渗透率的分区段变化特征,也可以描述有效围压恒定条件下煤体渗透率随气体压力升高而降低的规律。在开采扰动加卸载和改变气体压力的试验中,指数型的拟合效果略优于立方型。研究结果可为深部煤炭开采及瓦斯抽采的工作提供指导。