岩溶地下河定量示踪研究方法综述

示踪试验具有实际操作简单方便、生产成本低且具有较高的评价精度等特点,其在水文地质工程地质工作中对岩溶管道的探究、地下水空间分布、堤坝渗漏和环境污染等方面具有很强的应用性。本文综述了岩溶地下河的定量示踪技术,包括示踪剂的选用、监测以及数据解释。现有研究表明,荧光素钠是国际上首选的人工示踪剂,高精度、高密度和多指标的自动检测技术是获得高质量示踪数据的重要基础。定量示踪研究能够提供可用于分析地下水流场、水文地质结构等的示踪剂滞留时间、迁移速度、弥散系数等水力参数,可为岩溶地下河生态脆弱性评价和溶质运移研究提供科学依据。     

加载速率对煤样力学行为影响的试验研究

加载速率变化会对介质力学行为产生影响,选用煤进行不同加载速率单轴力学试验.结果表明:对于煤,其强度随加载速率增加表现出先升高后降低的现象,将转折点对应的加载速率称为临界加载速率,低于该值时,煤样强度随加载速率增加而增大,高于该值时加载速率增加强度反而降低.建立"骨架"模型对该现象进行解释,分析表明:较快的加载速率可减少裂隙损伤有利于承载,但同时微元体承载部分将储存更多的弹性能出现局部破坏不利于承载.故必然存在"最优"加载速率使强度出现最大值,此时即对应临界加载速率.以此为基础,提出现场条件下低卸载速率配合均匀弱化介质的手段保证高强度生产的安全.     

基于三维模型的岩溶洞穴环境承载力测算及影响因子探讨——以云南宜良九乡三脚洞为例

针对现有岩溶洞穴环境承载力主题研究不足的现状,以云南宜良九乡三脚洞为例,通过TLS获取溶洞点云数据,建立精细三维模型。根据旅游溶洞规划设计要求,利用研究区安全水位线高度对初始模型进行切割和面片提取,去除安全水位线下部模型,得到旅游洞穴空间模型,准确计算游客游览空间。在此基础上,综合考虑CO₂浓度、热量、灯光、河流等多种洞穴环境影响因子,对传统生态环境容量法进行改进,建立基于三维模型的岩溶洞穴环境承载力数学模型,测算尚未开发洞穴的最大环境承载力,从而更好地指导岩溶洞穴开发设计。通过与传统测算方法从理论及结果进行对比分析发现,洞穴旅游环境承载力的最大限制因子是热量。根据测算结果,瞬时承载力最大相差19 146人,全天承载力最大相差123 189人,本文方法更加科学合理,更加符合实际情况。     

赤水河上游大河村至三层岩段洞穴发育特征及机理

赤水河上游大河村至三层岩段,位于云贵高原向四川盆地过渡的岩溶斜坡地带。区内地质条件结构复杂,具有典型的侏罗山式构造,沟壑纵横河谷深切,岩溶洞穴极其发育。岩溶洞穴在空间上的分布与区内碳酸盐岩地层出露面积、岩性及岩层厚度有密切联系,洞穴形态结构受岩层产状、断层和节理构造、新构造运动和地貌条件等因素的影响,表现出3 个特征: ① 赤水河两岸分水岭地带发育水平洞穴和落水洞; ② 赤水河谷斜坡地带发育水平洞穴或倾斜洞穴; ③ 在分水岭地带发育2 层洞穴,河谷发育3 层洞穴,斜坡地带洞穴成层性不显著。依据洞穴形成条件、洞穴空间展布特征,从地下水文流场网论述了区内岩溶洞穴的形成与演化特征。     

潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴叶轮的水动力特性发生变化。采用滑移网格及动网格技术对无界均匀来流中旋转叶轮强迫纵摇时的三维水动力特性进行分析,研究不同纵摇频率、纵摇幅值、速比等参数对叶轮水动力的影响规律,以及根据叶轮纵摇运动时的水动力时历曲线,拟合得到叶轮的纵摇阻尼系数。研究表明:叶轮轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,波动幅值随纵摇频率、纵摇幅值及速比的增大而增大;叶片表面压力分布时刻发生变化,纵摇频率、纵摇幅值及速比越大,变化越明显;纵摇阻尼系数与纵荡频率、振幅无关,而与叶轮旋转速度相关,旋转速度越大,阻尼系数越大。     

黏土–水泥土接触面剪切特性试验研究

黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。对黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性进行直剪试验研究,探讨黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明:黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面黏聚力与黏土黏聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变–剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于"被动阻力"的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力下,各接触面的剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和黏聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

放水和示踪联合试验方法研究

为改善地下水示踪连通试验中示踪剂投放量大、迁移缓慢、试验周期长和效果不确定等问题,提出了以碘化钾为示踪剂的放水和示踪联合试验方法。为检验这种方法的效果,先后在鹤壁矿区寺湾矿进行了多点投放-单点接收的放水和示踪联合试验、在灵宝市银家沟硫铁矿进行了单点投放-多点接收的放水和示踪联合试验、在汝州矿区的朝川矿进行了单点投放-单点接收的放水和示踪联合试验。试验不仅查明了这些富水矿井地下水补给来源、径流通道和断层导水性,还证实了放水和示踪联合试验较天然地下水径流条件下示踪试验,更能促进示踪剂在裂隙岩溶含水层中的迁移,缩短了试验周期,并可确保试验达到预期效果。     

黏土-水泥土接触面剪切特性试验研究

掌握黏土–水泥土接触面的剪切特性及土体运移规律是研究水泥土桩、墙等结构物承载和变形机理的关键。本文基于系列直剪试验研究黏土与不同粗糙度水泥土接触面的力学特性,以探究黏土–水泥土接触面抗剪强度、破坏规律及变形特性。结果表明：黏土–水泥土接触面的剪切破坏强度服从摩尔–库伦强度准则,接触面摩擦角随粗糙度的增加而增大,但增长速率逐渐减缓,而接触面粘聚力与黏土粘聚力大小相当;黏土–水泥土接触面的法向应变与剪切位移曲线整体表现为剪缩型,且剪缩量随法向应力和粗糙度的增加而增大。归一化的接触面强度有效系数Es随粗糙度的增加而增大,且当粗糙度R超过1.0 mm后,Es大于1.0,说明由于“被动阻力”的存在使得黏土–水泥土接触面的抗剪强度得到提升,从而出现大于黏土自身抗剪强度的情况。不同法向应力作用下,各接触面剪应力–剪切位移关系曲线均服从指数分布,据此建立了描述接触面粗糙度、剪应力、剪切位移、法向应力、摩擦角和粘聚力关系的复合指数模型,该模型对接触面剪应力–剪切位移关系曲线具有良好的拟合效果。此外,随着剪切过程的持续进行,剪切破坏区逐步由剪切前方扩展至剪切后方。研究结果对揭示黏土–水泥土接触面的力学特性及水泥土桩、墙等的设计具有参考和指导意义。     

古城墙本体内雨水入渗特征的影响研究

雨水是城墙本体内水分运移的主要补给来源,强降雨会造成古城墙遗址失稳破坏,研究强降雨作用下的城墙本体水分运移特性具有重要意义。以郑韩故城古城墙为例,利用ABAQUS软件开展了不同降雨要素下的雨水入渗和运移特性研究,分析了城墙本体内各水力特性参数的变化规律。结果表明：由于城墙入渗表面较大影响,表面孔隙水压力的变化速率及幅度均与降雨强度呈正相关;相同降雨强度下,初始基质吸力较大的城墙表面孔隙水压力值增长速率明显大于初始值较小的城墙表面;降雨影响深度范围内,水分运移速率由城墙表层向深部逐渐减小;同一降雨条件下,城墙表面饱和度的增长速率随坡角增大而显著减小。因此,城墙修缮保护中,应强化城墙中部和顶部等平台处的防排水设计和风险监测。     

港珠澳大桥沉管隧道合拢口水动力条件数值模拟研究

港珠澳大桥海底隧道采用沉管法施工,最终接头安装前会在两节沉管中间形成合拢口。龙口往往形成水流集中、流速急剧增加的现象,给最终接头的安装施工增加一定难度。本文通过建立沉管合拢口局部水域的3维水流数学模型,模拟了“水下龙口”区域特有的水流结构,分析了龙口水流流速与珠江口径流、潮差的相关关系。数值模拟研究结果表明：合拢口纵断面流速分布具有“表层大、底层小,落潮大、涨潮小”的分布特点;同级别径流条件下龙口水流随潮差的增大而增加,相同潮差条件下龙口水流会随上游径流量的增大而增加;最终接头安装使用的起重船距离龙口仅30 m,船头挑流作用使得龙口西侧局部水域流速急剧增加,但对龙口区域的水流条件影响较小。根据沉管合拢口区域的水动力条件数值模拟结果,论证了最终接头安装施工期间的外部水情条件与对应的时间窗口,为港珠澳大桥沉管隧道的最终贯通提供了技术支撑。     

Tracer Experimental Study of the Main Conveying Conduits of CCl4 Pollutant in the Qiligou Water Supply Resource

The Ordovician karst groundwater in the Qiligou basin is an important water supply source. This groundwater has been seriously contaminated in recent years by Cfl4 from a pesticide plant located in the recharge area. The highest concentration of CCl4 in the groundwater is 3909.2μg/L. Large scale tracer experiments were carried out to study the conveying conduits for Cfl4 in the basin on May 1-6, 2005. Nontoxic, edible glucose was used as a tracer and it was detected by spectrophotometric techniques. Well area of the basin, was employed for injecting the tracer X-61, located near the pesticide plant in the southern recharge Ten wells widely located in the groundwater runoff area were used as observing and sampling wells. The results show that the migration of the pollutants is controlled by the water hydrodynamic field and by the development of karst conduits. The tracer did not enter the up-drainage wells, X-49 and X-47, near the injection point because the water levels at these wells are higher than at the injection point. The adjacent well X-62 is close to the injection site, but the tracer reached the well after eleven hours. Wells X-43, X-59, X-58, YY-1 and X-57, located in the syncline axis runoff area, are respectively 2.5, 3.5, 4.33, 4.38 and 5.44 kilometers from the in- jection site. The time for initial appearance of tracer was 4, 4, 2, 6 and 4 hours, respectively. The maximum runoff velocity （well X-58） is over two kilometers per hour, indicating that the karst conduits are well developed along the syncline basin axis. These conduits are the main conveying conduits for groundwater and Cfl4. Closer wells were not necessarily the first to receive tracer. This shows the inhomogeneity in karst development which causes complex runoff, and pollutant migration, patterns.     

矿山采洞与软弱带相对位置对边坡稳定性的影响分析

以陕西某滑坡为例,采用非连续变形(DDA)理论,研究沿岩层平行分布的采洞组与软弱带相对位置对边坡稳定性的影响。在对滑坡特征、基本地质条件与力学参数进行调查研究的基础上,建立滑坡实际模型进行计算分析。分析结果表明,采空区群会影响坡体内应力场,且其与软弱带相对位置的改变会影响坡体稳定性。当采空区群距软弱带为采空区高的2~5倍时会降低坡体的稳定性,而当采空区距软弱带为采空区高度5~6倍时,最为危险,之后影响随着距离增大而降低,当采空区距软弱带大于采空区高度的8倍时坡体稳定。     

徐州市水文地质单元岩溶地下水循环系统分析

研究了徐州市岩溶地下水资源及补排关系，根据水均衡原理，分析了该区水地质单元岩溶地下水循环系统，揭示了该区岩溶地下水在不同的自然地理及地质条件下的循环规律，结果表明：徐州市水地质单元岩溶地下水循环系统是一个复杂的循环系统，整个系统既有畅流型，又有汇流型和散流型，自然地理，地层岩性及地质构造控制了徐州地区岩溶地下水的储存，运移特征与富水规律。     

水压轴向柱塞泵/马达滑靴副水膜动态特性分析

为了准确获得滑靴底面水膜特性,综合考虑了滑靴的倾覆姿态与磨损形貌,分析了滑靴的受力/力矩情况,基于Matlab软件实现了滑靴副动压水膜的精确求解.结果表明:当柱塞腔压力一定时,滑靴底面膜厚随转速增加而增大,在高压区3点膜厚相差很小,在低压区滑靴存在明显倾斜;在距上死点120°时,转速对滑靴底面压力场影响不大,在距上死点240°时,滑靴底面动压效应随转速增大显著增强.当转速一定时,滑靴底面膜厚和倾斜程度随柱塞腔压力增加而逐渐减小;在距上死点120°时,滑靴底面峰值压力随柱塞腔压力增大而增大,在距上死点240°时,滑靴底面压力随柱塞腔压力增大略有增加.滑靴的中心膜厚和最小膜厚随缸体转速的增加而增大,随柱塞腔压力升高而不断减小,但减小幅度逐渐放缓.该分析可以为水压轴向柱塞泵/马达滑靴副的设计和优化提供指导和借鉴.     

动水条件下重金属在沉积物水之间的迁移规律

借助自主开发的不同水动力模拟水槽,选择4.01 cm/s(小流速,A槽)、12.70 cm/s(中流速,B槽)、20.23 cm/s(大流速,C槽)3种流速条件,研究15d运行周期内,3个水槽中沉积物重金属Cd、Cr及类金属As在沉积物-间隙水-上覆水之间的迁移规律.结果表明:1)流速的增加能促进重金属的释放;2)间隙水中As的浓度远远大于上覆水中浓度,为其向上覆水迁移提供了条件;3)沉积物再悬浮是上覆水中重金属浓度增加的主要原因.同时,与静水条件相比,动水条件对沉积物中重金属的迁移有显著影响,但不同重金属受自身特性的影响显示不同的迁移规律.另一方面,3种水流条件对不同介质中重金属含量变化产生的影响过程和结果也不相同,但其影响程度总体为上覆水＞沉积物＞间隙水.     

双机组十字叉型立轴潮流能水轮机性能分析

为研究传统H型立轴水轮机的一种改进形式即双机组十字叉型立轴潮流能水轮机这种新型水轮机的水动力性能,采用ANSYS-CFX模拟水轮机不同的运行工况,对比分析双机组十字叉型水轮机和单机组H型水轮机的水动力性能.结果表明:双机组水轮机比单机组水轮机效率提高将近10%;对于涨潮和落潮两种不同运行工况,双机组水轮机的效率变化不大;十字叉型水轮机的推力、侧向力和力矩平均值和H型水轮机相等,但其波动幅值远小于H型水轮机的波动幅值,这对水轮机的结构安全、疲劳寿命会产生有益的影响.因此双机组十字叉型水轮机比H型单机组水轮机有明显优势,既能提高水轮机发电效率,又能保证水轮机运行寿命.     

水下航行体垂直出筒流体动力特性研究

采用数值仿真的方法研究了水下航行体垂直发射出筒过程多相流场和流体动力特性演化规律．结 合动网格技术,采用多相流Mixture模型、Singhal空化模型及标准的A—s湍流模型,对混合流场的RANS方 程进行求解,进而求解了水下航行体运动的固体边界与运动流场相互作用形成了流一固耦合问题,使用此方 法,实现了在重力影响下水下航行体垂直发射出筒过程和流体动力特性进行数值模拟研究,分析了高压气团 对航行体出筒过程中的水弹道及其流体动力特性的影响,分析了航行体压差系数、粘性系数和总力系数波动 的原因     

塔中地区下奥陶统层间不整合岩溶发育特征及其控制因素

塔中地区下奥陶统鹰山组见发育程度不等的多种岩溶现象,存在规模不同、形态各异的岩溶缝洞系统.一个发育完整的层间不整合岩溶通常由表层岩溶带、垂向渗滤岩溶带、径流岩溶带和潜流岩溶带构成.岩溶带发育程度与深度因受到地区、岩性、构造部位、古地貌位置、古水文条件、暴露时长等因素影响而差异较大.     

地下水升降分析的灰岩地区生态环境问题

土洞、天坑等岩溶塌陷的发生越来越频繁,严重威胁人民群众的生命财产安全。文中从灰岩地区发生岩溶塌陷的主要诱因地下水水位升降的角度入手,分析导致岩溶塌陷进而破坏生态环境的原理,并针对基于这种诱因的岩溶塌陷的发生原理提出相应建议。     

船舶碎冰区斜航运动的水动力导数预报

目前敞水水动力导数的研究较为成熟,冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。为求解碎冰工况下冰水耦合后船舶斜航运动水动力导数,使用CFD软件STAR-CCM+中DEM颗粒模拟碎冰粒子,开启DEM模块下双向耦合模式,通过动量、能量交换达到冰块与水耦合作用,并选用小漂角工况分别为0°、2°、4°、6°、8°进行了斜航运动数值模拟。忽略自由液面的影响。分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶所受的侧向力以及转艏力矩,通过对各漂角下无因次后的力以及力矩拟合从而求解出各个水动力导数。考虑冰块的干扰具有随机性所以采用干扰后的力以及力矩最大值以及最小值分别求解对应的水动力导数,形成一个水动力波动区间,更为真实地预报冰水耦合下的船舶水动力导数。通过计算结果表明,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与模型统计公式计算值相差不大,冰水耦合后部分水动力导数波动区间端点值出现正负,冰水耦合后水动力导数随机性较大。