基于模糊渗流理论的垃圾填埋气运移数学模型研究

介质的非均质性和各向异性导致填埋场渗透率跨越好几个数量级,加之目前还没有足够先进的检测手段对填埋场内部进行观测,渗透率很难准确确定,同时刻意追求其精确值也是与现实不符的。本文通过对填埋气运移规律的分析,基于模糊渗流理论建立了垃圾填埋气运移的数学模型,并利用模糊结构元的方法得到一维理想模糊渗流问题的解析解。这为填埋气控制系统的设计以及环境影响预测和评价提供了理论依据,为研究煤层气、石油污染等地下渗流问题开辟了一条新的途径。     

酸碱影响下砂岩流变参数识别方法及敏感度

根据长期暴露在自然环境中的砂质岩体易遭受水及可溶离子化学侵蚀作用的事实,通过对相同浓度不同pH值CaCl₂试剂浸泡处理过的砂岩试件进行三轴剪切试验,根据试验结果选取符合试验规律的二阶简化广义Kelvin流变模型,按照定泊松比假设将其变形为三项应力状态。基于搜索模式的最小二乘方法（LSMPS）获取模型参数最优解,以均方根误差评价模型对各参数变化的敏感性程度。采用延迟时间评价砂岩在不同化学环境中达到稳定蠕变过程所需时间。通过搜索模式识别的模型参数能够使模型计算值与加载试验获得的实测值比较接近,表明该模型及其参数识别方法在确定受化学因素干扰下的砂岩流变特征比较适用。     

尾矿库漫顶溃决动态演化及溃口展宽模型试验

为研究尾矿库漫顶溃决动态演化过程与溃口发展机理及规律,通过3组相似模型试验,对溃口展宽过程和演变机理进行了系统分析,提出了尾矿坝漫顶模式下溃口展宽速率的幂函数公式,并讨论了库水位上升阶段浸润线的变化过程及溃决阶段不同浸润线埋深条件下流速、流量、溃口宽度的变化过程。研究结果表明：尾矿坝的溃决过程可分为坝面漫流与冲沟形成、坝体崩塌与溃口快速扩张及稳定泄流3个阶段;浸润线埋深对流量、流速及溃口最终宽度有较大影响,排渗失效时峰值流量及溃口最终宽度接近正常排渗时的1.5倍,峰值流速可达1.2～1.3倍;降低浸润线高度可以延缓溃决泥石流到达下游的时间,紧急撤离时间也可延长3 min左右;提出的幂函数公式计算值与实测值吻合较好。     

基于复合模型沙的大比尺尾矿库漫顶溃决模型试验

尾矿库是重大危险源且存在溃坝危险,为了更真实地预测尾矿库溃坝造成的影响,定量掌握尾矿库的溃坝过程及其对下游的影响程度,利用细粒尾砂与膨胀珍珠岩按照体积比尺1.5∶1进行混合制作复合模型沙,通过室内试验和水下休止角试验确定复合模型沙的基本可行性;并在满足相似条件的基础上,开展极端状态下的复合模型沙大比尺尾矿库漫顶溃坝试验,分析其溃坝过程、流量过程、断面形态演变过程、浸润线、淹没高程和范围等变化规律。试验结果表明：物理模型试验历时140 min,复合模型沙下泄量占总库容的10.76%,下游区域淤积量占下泄量的95.21%,基本符合漫顶溃坝的实际情况,设计选配的复合模型沙合理,说明该复合模型沙能够更真实有效地还原尾矿库溃坝过程。研究结果为尾矿库漫顶溃坝试验中模型沙的选择提供了新思路。     

基于颗粒流程序的加筋尾矿剪切应变带宏细观分析

为研究土工格栅加筋尾矿坝剪切带影响范围,提升尾矿坝整体稳定性,通过对不同含水率和上覆荷载的尾矿砂进行室内直剪试验,从宏细观2种不同角度分析剪切应变带的影响规律。试验结果表明:试验曲线近似呈线性增长,峰值位移出现在20~25 mm之间,上覆荷载与峰值剪切位移呈正比例关系,增长速度逐渐减缓;尾矿砂含水率为3%、7%、11%和15%,尾矿的密度等幅递减2.2%,随着含水率增大,表观黏聚力逐渐增大,界面摩擦角先增大后减小;建立颗粒流程序(PFC)模型精准定位试验箱中位移变化较大区域并进行细观无标点量测分析,剪切应变带影响距离随尾矿砂含水率增加而减小,减少量缓慢降低。     

两种方法下的沥青混合料空隙率细观分析

为了对沥青混合料的三维重构技术进行研究,本文采用医用X射线电子计算机CT扫描装置对SMA-13沥青混合料试件进行CT扫描,用Matlab进行图像处理后,结合二维最大熵分割理论测定沥青混合料空隙率,并且将得到的扫描图片dcm格式导入Mimics10.01软件中,通过阈值的调节控制对粗集料、沥青砂浆及空隙进行识别与分离,进而得到沥青混合料的空隙率,并将二者得到的沥青混合料空隙率进行对比分析.结果表明,与Matlab方法计算得到的沥青混合料空隙率相比Mimics计算得到的结果更为精确,而且Mimics操作简单,阈值易于调整控制,细观结构分离更加方便清晰,势必对沥青混合料三维重构方面的研究起到一定的推动作用,为进行有限元数值模拟提供新方法、新思路.     

粘弹塑性土工格栅加筋尾矿流变模型研究

分析土工格栅工程力学特性对加筋尾矿结构变形和长期稳定的影响,基于四参数粘弹塑性模型表征土工格栅长期低应力作用下的力学特性,提出了土工格栅加筋尾矿的流变模型,把加筋复合体受力分析分为两个阶段,分别对应尾矿处于弹性状态和塑性状态,将尾矿产生塑性变形的时间（塑性到达时间）作为两个阶段分界点,并给出了两个阶段的加筋复合体本构关系表达式。研究表明：四参数粘弹塑性模型能够准确反映土工格栅的衰减型蠕变和应力松弛特征;第1阶段,筋材中的应力随时间减小,导致尾矿中的微观应力重新分布,直到尾矿达到屈服条件进入第2阶段,筋材的应力开始保持不变,加筋复合体整体应变由于筋材的蠕变而增加;加筋复合体受力快速由第1阶段过渡到第2阶段,第1阶段变形很小,复合体整体应变主要由第2阶段导致;塑性到达时间受到土工格栅模型参数中Kelvin系数和尾矿强度参数内摩擦角的影响显著。     

土工织物加筋尾矿砂界面力学特性试验研究

为研究土工织物加筋尾矿砂界面力学特性,在不同的尾矿砂含水率、试验拉拔速率和竖向压强下开展一系列土工布及土工格栅的拉拔试验。比较相同条件下的土工格栅与土工布拉拔试验结果可知:土工布对细粒尾矿砂的加筋效果优于土工格栅的加筋效果,竖向压强较大时两者的拉拔力峰值差值增大;随尾矿砂含水率增加,界面剪应力峰值明显减小,界面剪应力峰值在含水率1.2%时比含水率8.4%时增加50%以上,表观黏聚力先增加后减小,在最优含水率附近时达到最大,界面摩擦角先快速减小后缓慢减小;随试验拉拔速率增加,界面剪应力峰值缓慢增加,表观黏聚力先增加后减小,界面摩擦角先减小后增加;各工况下剪应力峰值均随竖向压强的增大而增大。研究结果可为土工织物加筋尾矿坝工程设计提供参考。     

严寒区域中深层地热井套管换热影响因素分析

中深层同轴套管换热技术通过套管内部流体循环达到提取地下深层地热能的目的.由于换热器出口温度高,是严寒地区建筑物冬季采暖热源的良好选择.通过对同轴套管与源侧岩土体传热过程的分析,基于标准κ-ε模型,采用Simple压力速度求解方法,建立流热固耦合二维非稳态数值传热模型.研究结果表明,由于中国长春冬季寒冷,热泵运行期间,浅部地层温度低于换热器进口流体温度,地面向下3.9 m范围岩土体呈热源漏斗,随着地层深度增加,逐渐转变为热汇漏斗.热泵运行第1周,换热器出口温度及换热量迅速降低,运行1个月后趋于平稳,整个供暖周期内,地埋管出口温度单位时间下降幅度越来越小,出口温度与时间之间的关系呈幂函数形式递减趋势.随着固井水泥导热系数增加,换热量增加,当固井水泥导热系数大于岩土体后趋于稳定.内管导热系数增大,热短路现象严重,换热器出口温度及换热量降低.在热泵机组24 h开启和停止时间之比(启停比)分别为16 h∶8 h、12 h∶12 h和8 h∶16 h时,换热器出口温度和换热量呈不规则变化,但整体呈逐渐降低趋势.热泵停止运行时间越长,源侧岩土体温度恢复越佳,再次开启时出口温度和换热量越大.通过数值模...