不同水-岩作用下岸坡岩石力学特性劣化试验研究

库水位升降会使不同高度、不同水位线下岸坡岩石的水赋存环境不同,受到的水-岩作用类型亦不同,为此开展了不同水-岩作用下岸坡岩石力学特性劣化试验。结果表明,岩样的抗压、抗拉强度均随试验周期的增加而减小,呈先快后慢的劣化趋势;随着水-岩作用周期的推进,岩样在抗压和抗拉试验中,剪切破坏特征愈发明显;岩样微观结构由致密逐渐向疏松多孔、多裂纹的结构过渡;不同水-岩作用下,岩样的力学特性和微细观结构劣化程度表现为热湿循环作用>干湿循环作用>长期浸泡作用。结果对基于水-岩作用分区的岸坡长期稳定性分析提供了新思路。     

长期浸泡与干湿循环作用下砂岩损伤特性研究

为探究库岸边坡岩体的损伤特性,以常见的中风化砂岩为例,通过室内长期浸泡、干湿循环条件下的力学试验,分析了砂岩的物理参数、应力—应变曲线及劣化特征。结果表明,长期浸泡对岩样的损伤作用分为前期的饱和作用和后期的水解作用;干湿循环的每个周期都会造成岩样小颗粒脱落或胶结物溶解。长期浸泡、干湿循环两种状态对岩样的损伤都很大,且首次损伤程度较大,占整体损伤的一半以上。研究结果为库岸边坡的稳定性研究提供了理论依据。     

光热吸储系统填充床多孔结构参数研究

为了对基于二次反射式聚光集热系统的光热吸储系统的建设提供理论支持,针对带有循环风机的光热吸储系统开展数值模拟和参数化分析研究。根据能量守恒方程,建立了岩石填充床的一维二相瞬态传热模型,通过MATLAB软件模拟了一个月的储热放热过程,以储热、放热、吸收效率,太阳能-〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比和平均出口空气温度作为系统热性能的评价指标,分析岩石颗粒直径和孔隙率对系统热性能的影响。结果表明：在30次循环结束后,系统达到稳定运行状态;岩石颗粒直径的变化对系统热性能影响较小,颗粒直径从0.03 m增至0.05 m,孔隙率、储热效率、放热效率和太阳能〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比下降幅度均在2%以内,平均出口空气温度由1 120 K降至1 100 K;岩石孔隙率的变化对系统热性能影响较大,孔隙率从0.8降至0.4,储热效率由96%增至98.8%,放热效率由97.9%降至92.7%,但吸收效率和太阳能-〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比变化幅度在0.9%内,平均出口空气温度由1 131 K降低至1 122 K。     

抗盐型GCL膨胀和渗透性试验研究

针对高含盐环境中普通膨润土防水毯（GCL）抗渗性能严重衰减问题,选取羧甲基纤维素钠（CMC Na）作为添加剂与膨润土混合,通过试验测定混合物的膨胀指数,再据此制成抗盐型GCL（改性膨润土）,并测定其在不同浓度、阳离子盐溶液、长期海水浸泡条件下的渗透系数变化情况。结果表明,常规膨润土在高含盐溶液及海水干湿循环作用下膨胀指数较低,但添加CMC Na后膨胀指数明显提高;添加CMC Na制成的抗盐型GCL的渗透系数随着水化液浓度及阳离子价位数升高而增大,但明显低于普通GCL;海水长期浸泡环境下抗盐型GCL渗透系数〖JP2〗变化较小,低于普通GCL,且与其膨润土膨胀指数有较好相关性。据此可利用掺加CMC Na〖JP〗以有效改善高含盐环境下的防渗效果。     

天然气冷热电联供系统热经济优化研究

为了更好地理解能源系统在热力学、经济和生态方面的性能机制,提出了天然气和地热能耦合利用的冷热电联供系统,主要动力单元为内燃机,其高温烟气分别进入有机朗肯循环（ORC）和吸收式热泵进行梯级利用,末端烟气通入余热换热器制生活热水。以北京某宾馆为案例,建立了系统的仿真模型,提出了一种基于能值的〖HT5”,7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗-环境成本分析法,从生态角度考虑了整个生命周期链的当量排放,以系统单位〖HT5”,7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗-环境成本最优为目标,对高温烟气分配比例进行优化,对各过程的能值消耗进行了评价。研究表明：当来自内燃机63%的高温烟气进入ORC机组时,系统的单位〖HT5”,7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗-环境成本最小,为310 050 seJ/J;此时内燃机和吸收式热泵占据了该系统98%的能值消耗。     

干燥与饱水状态下石英杂砂岩蠕变力学特性

以某水利枢纽工程右岸岩质边坡石英杂砂岩为例,采用显微镜及X射线衍射仪分析岩石矿物成分,通过干燥和饱和状态下石英杂砂岩的室内分级加载单轴蠕变力学试验,获得不同轴应力和不同含水状况下的岩石瞬时应变、蠕应变及总应变,揭示了不同含水状况下石英杂砂岩的蠕变力学特性。结果表明,在不同轴向压力作用下,随着轴向应力的增加,石英杂砂岩的轴向和径向应变均增大,且径向应变占总应变比例大于轴向应变;在不同含水状况下,饱和状态的石英杂砂岩应变明显大于干燥状态下应变。     

不同饱水强度灰岩应变及微观孔隙分布特征研究

为揭示饱水强度对灰岩应变和微观孔隙分布特征的影响,对四组灰岩进行了强制饱水试验、单轴压缩试验、压汞试验,测得了应力—应变和压汞曲线。结果表明,与低饱水试样相比,高饱水灰岩的压密阶段相对延长而弹性阶段相对缩短;饱水强度显著降低了灰岩脆性而未对破坏类型造成较大影响,以剪切破坏为主;随饱水强度增加,平均峰值强度和平均弹性模量分别呈指数和对数衰减,闭合应力呈指数增加;进汞量—孔径曲线呈三次函数变化,小孔隙区域、中孔隙区域和大孔隙区域的孔径分界点为2 000、30 000nm,中型孔径孔隙决定孔隙度和损伤程度;单位质量进汞体积累计量随饱水强度呈一阶指数增加。     

不同降雨强度下黄土台塬区土壤水再分布规律

土壤水对降雨响应过程是水文循环的重要组成部分,研究黄土台塬区的土壤水与降雨之间关系尤为重要。以太原市王家峰村为例,建立了降雨蒸发条件下垂向一维土壤水分运动模型,采用试估〖CD1〗校正法似合参数对模型进行识别验证,分别模拟了四种降雨强度下土壤水分剖面体积含水率和湿润锋的变化规律,揭示了不同降雨强度下黄土台塬区土壤水分再分布过程及动态变化规律,最大限度地提高降水资源利用率,为黄土台塬区水土流失治理提供一定理论依据。     

砾质土心墙裂缝自愈与反滤保护试验

针对砾质土土石坝运行过程中裂缝的抗渗能力及反滤保护作用等问题,开展了砾质土心墙在反滤保护情况下的裂缝自愈物理模型试验,分别模拟了垂直裂缝和贯穿型水平裂缝下心墙的渗透稳定和反滤保护过程。试验结果表明,随着水头的连续增加,裂缝出现愈合〖CD1〗形成〖CD1〗二次愈合的过程,且多次重复,直至出现贯穿上下游的破坏;裂缝发展过程中,心墙和下游反滤区出现交替的坡降集中现象,有利于裂缝的愈合;反滤及水头施加方式对裂缝的发展影响较大。     

库水位往复升降引起的软岩干湿循环损伤特性试验研究

鉴于水敏性较强的软岩岸坡在库水长期浸泡及水位往复升降引发的干湿循环作用下更易发生失稳现象,以云南省某水利工程为例,采用室内压缩、SEM试验及理论分析方法探讨了干湿循环效应下的软岩强度及损伤机制。结果表明,多次干湿循环后岩体微观结构完整性遭到严重破坏,结构疏松;岩体力学强度与循环次数呈凹二次函数下降关系;干湿循环造成了岩体内部损伤的逐步积累,衰减趋势显示初次循环时岩体劣化最为显著,且粘聚力相比于内摩擦角受到的影响更为严重;循环多次后岩体损伤变量值逐渐趋近极限,随着围压的逐步增大,岩样结构遭到破坏。     

不同层面倾角下锦屏一级水电站左岸板岩坡体破坏模式及能量特征

为了合理分析锦屏一级水电站左岸坡体的变形,选取坡体板岩进行巴西劈裂试验,分别研究了不同层面倾角下不同饱水率板岩的力学特性及能量特征。结果表明,板岩的抗拉强度随层面倾角的不断增加先减小后增加,其最大降幅达82%;同一层面倾角下,随着饱水程度的增加,板岩抗拉强度逐渐降低,在层面倾角为45°时,抗拉强度从1.64MPa降至0.52MPa,降幅达68%;试样层面倾角0°~90°的破坏受饱水率的影响较小,主要由层面倾角控制,破坏特征分为岩石拉伸型破坏、层面剪切破坏、基质-层面互剪型破坏、层面张拉破坏四种模式;试样破坏的累积能量随饱水程度的增加而不断减小,在相同饱水程度下,累积能量随层面倾角的增大而逐渐减小,累积能量的增长速率与荷载比成非线性关系,在轴向荷载达40%~80%时增长最快。     

Ar提高CO2置换CH4水合物置换率研究

为验证Ar促进CO2置换CH4水合物实验方案的可行性,在自行设计的实验台上开展了可行性实验。通过设置不同的Ar/CO2的混合比例对照实验,研究在相同置换温度、压力条件下,充入不同Ar含量对置换过程中不同时刻CH4置换量、Ar和CO2的残余量及置换率的影响规律。置换实验的压力为3.5 MPa,温度为278.15 K,置换气体分别为纯CO2、Ar和CO2的混合气（混合比为1∶〖KG-2mm〗3、1∶〖KG-2mm〗4、1∶〖KG-2mm〗9）。实验研究表明：纯CO2置换CH4的置换率仅为46%,混合比为1∶〖KG-2mm〗3、1∶〖KG-2mm〗4、1∶〖KG-2mm〗9的混合气置换率分别为21%、63%和66%,所以Ar作为小分子气体添加剂促进了CO2置换CH4水合物,提高了CH4的置换率;随着充入Ar比率的增大,不同时刻CH4的置换量及置换率均有所提高,Ar和CO2的残余量有所减少;在置换反应的初始阶段CH4的置换率增长较快,在置换反应中后期,CH4的置换率变化平缓。     

干湿循环条件下重塑黄土强度与持水特性的试验研究

库水位升降使得库岸边坡经受反复干湿循环的影响,土的强度与持水特性会随之产生不可逆转的变化。为此,通过对重塑黄土进行反复干湿循环下的直剪、离心和核磁试验,综合分析了土样强度特性、持水特性及孔隙特性的相互影响规律。结果表明,经过3次循环土样抗剪强度具有稳定趋势,粘聚力幂函数趋势减小,内摩擦角线性减小。干湿循环会增大持水曲线的初始饱和含水率与失水速率。第1次循环时基质吸力增大明显,2次循环后持水曲线相对稳定。核磁试验测得土中孔隙含量先快后慢增长,且第2次干湿循环峰谱达到最高。最后对比分析了孔隙—水力—强度的相互影响机制,指出孔隙变化是持水特性和强度参数劣化的内在原因。     

自然状态和饱和水状态混凝土峰值应力、峰值应变及弹性模量的对比分析

为了研究湿态混凝土的力学性能,对不同应变速率(10-5、5×10-5、10-4s-1)、不同围压(0、4、8 MPa)下自然湿度和水饱和混凝土做了常三轴压缩试验,并对比分析了两种湿度混凝土在三轴试验下的峰值应力、峰值应变及弹性模量的变化情况。结果表明,在相同围压、相同应变速率下,水饱和混凝土峰值应力较自然湿度混凝土小,弹性模量较自然湿度混凝土大,两种湿度混凝土峰值应变变化无明显规律。围压对湿态混凝土抗压性能影响大于应变速率对湿态混凝土抗压性能的影响。     

饱和砂土振动孔隙水压力消长的试验模拟

本文基于对动荷作用下饱和砂土孔隙水压力瞬态变化机理的认识,将土力学中著名的太沙基固结理论与传递孔压变化机理分析相结合,建立了描述动荷作用条件下饱和砂体内孔隙水压力扩散消散的计算模型,并着重通过能够较为合理地模拟传递孔压变化机理的实验方法,测定出了不同实用条件下模型参数的变化规律.     

土工膜缺陷引起的土工膜防渗砂砾石坝渗漏数值模拟

为研究土工膜缺陷对土工膜防渗砂砾石坝渗流场的影响,基于某土工膜防渗砂砾石坝的实际情况,应用饱和〖CD1〗非饱和渗流理论,构建了三维有限元数值计算模型,并对土工膜缺陷条件下坝体和坝基渗流场进行了数值模拟,拟定了不同缺陷部位、尺寸的计算方案,分析了在不同压力水头下复合土工膜发生不同程度的破损对渗流场的影响,获得了土工膜防渗砂砾石坝缺陷渗漏渗流场的特性。发现单个土工膜缺陷的发生部位和大小对砂砾石坝的渗流要素（浸润线、渗透坡降、渗透流量）影响不大,对缺陷附近局部渗流场的影响较大,随着缺陷处压力水头或缺陷尺寸的变大,局部饱和区变大。表明单个土工膜缺陷渗流影响区域仅为缺陷附近垫层内部较小区域。     

循环流化床锅炉脱硫飞灰的水活化实验研究

以310 t/h循环流化床锅炉脱硫飞灰为原料,在不同的水活化条件下进行活化机理的实验研究,探讨了水活化温度、活化时间、活化水量对灰中游离氧化钙水合反应转化率的影响规律,并研究了水活化对孔隙结构的影响。结果表明:水活化过程中,水合反应与消耗氢氧化钙的胶凝反应同时进行;水活化过程中氢氧化钙含量呈现快速上升、慢速上升、缓慢下降的规律;随活化温度提高,水合反应与胶凝反应速率均提高,中期持续时间缩短,活化时间一定时,活化温度存在最佳值;活化水量的增加,可以加快水合反应与胶凝反应速率,活化时间处于后期时,活化水量存在最佳值。     

三峡水库库水位下降条件下川主庙滑坡的渗流分析

以三峡库区川主庙滑坡1-1纵剖面为计算剖面,基于饱和-非饱和渗流理论,采用二维有限元渗流分析软件对滑坡在库水位下降条件下的渗流场进行非稳定数值模拟,获得了该滑坡在库水位下降条件下的浸润线、总水头及孔隙水压力的变化情况,进而得到渗流场的变化规律.结果表明,在库水位下降过程中,滑坡后缘部位浸润线呈上升状态,滑坡中部和前缘部...     

海马箐水库粘土心墙堆石坝渗流稳定有限元分析

为同时考虑粘土心墙堆石坝渗流场和应力场耦合作用,以海马箐水库工程粘土心墙堆石坝为例,采用有限单元法计算了正常蓄水位时坝体位移、应力特性及渗流时坝体边坡稳定性。结果表明,大坝在正常蓄水位下不会出现渗透破坏,心墙坝的应力〖CD1〗应变符合一般规律,坝体的应力和变形性态基本良好;在稳定渗流作用下,上、下游坝坡稳定,抗滑稳定安全系数均满足规范要求。     

密实度及有荷干湿循环对土-水特征曲线的影响

鉴于土-水特征曲线在非饱和土的研究中具有重要意义,采用Tempe压力膜仪和多功能土-水特征曲线试验仪,研究了密实度及固结压力下干湿循环对非饱和重塑粘土的土-水特征曲线的影响,并利用Van Genuchten模型对试验结果进行曲线拟合。结果表明,土体密实度越大,所受固结压力越大,则土体的进气值越大,失水速率越小,残余含水率越大;在固结压力下的干湿循环过程中,脱湿曲线失水速率越小,进气值越大,随干湿循环次数的增多,因土体孔隙发生改变,脱湿曲线的进气值呈增大趋势,且回滞环逐渐减小。