考虑通风影响的寒区隧道围岩温度场及防寒保温材料敷设长度研究

 基于流体力学、传热学和空气动力学的基本原理与方法,推导出考虑通风影响的寒区隧道围岩温度场模型,该模型包括：围岩温度场控制方程、隧道内风温场控制方程以及风流场湍流控制方程。在此基础上,采用数值分析方法探讨西藏嘎隆拉隧道通风条件下围岩温度场的变化规律及其防寒保温措施。研究结果表明：隧道未开挖前,随着季节的变化,山体浅部温度出现明显变化,该变化较明显的深度为18 m,当岩体埋深大于18 m后,岩体温度随季节的变化幅值小于0.5 ℃;隧道贯通后,由于通风影响,在环境温度最冷月(1月),隧道进出口段一定范围内的围岩温度出现了0 ℃以下的不利工况,进一步研究显示：在嘎隆拉隧道进口端600 m和出口端400 m范围内,二衬表面敷设6 cm厚的聚酚醛保温材料,可以有效地防止嘎隆拉隧道衬砌和围岩发生冻融破坏。     

岩溶隧道突水风险评价理论与方法及工程应用

 考虑地下工程地质条件的复杂性和风险本身的不确定性,以属性数学理论为基础,提出一种可实现定量评价的属性区间评价理论与方法,其核心在于风险指标的取值是一个区间,并提出适用于该理论的综合属性测度分析和属性识别分析方法,结合工程实例给出属性识别分析方法的采用原则。选取岩溶突涌水灾害的7个主要影响因素,构成突水风险评价的指标体系,建立相应的风险评价模型,并采用综合赋权法进行突水风险指标的权重分析。针对某一隧道段落的突涌水风险,采用建立的评价模型进行计算分析,并与现场情况和属性数学模型的评估结果作对比,验证该理论与方法的合理性及可行性,为地下工程灾害风险定量评价提供一种有效的方法和途径。     

示踪试验分析方法在地下工程水害治理中的应用研究

 为查明地下水补给与运移规律,指导地下工程涌水注浆治理设计与施工,将用于大区域水文特征研究的水文示踪试验方法引入到地下工程涌水治理中。研究紫外光谱扫描精确测定超低浓度有色示踪剂的试验方法与数据分析技术,提出地下工程涌水区域的水力连通时间、补给相关系数、裂隙空间体积、地下水流速及压力等水文信息的获取方法;基于水文示踪试验数据分析结果,建立注浆治理中注浆材料选择依据与注浆参数确定方法。以某铁矿涌水工程治理为例,详细阐述水文示踪试验在涌水工程治理中的应用方法、数据处理过程及应用效果,希望对类似工程具有一定的借鉴意义。     

考虑黏聚特性和拉压不等效应的修正剑桥模型及数值实现

 针对修正剑桥模型不能反映岩土介质黏聚特性和拉压不等效应的局限性,通过子午面上考虑黏聚力、偏平面上考虑应力罗德角的影响,建立可考虑黏聚力与拉压不等效应的非相关联修正剑桥模型;较系统地介绍所修正模型的Euler向后隐式本构积分算法及程序实现过程。应用ABAQUS软件所提供的用户材料子程序UMAT接口,编制改进修正剑桥模型本构子程序,并运用所编程序研究比利时Boom clay的三轴压缩力学行为。研究结果表明,所编子程序具有较高的计算精度和良好的稳定性,所改进模型能较好地反映Boom clay的非线性与塑性流动特性。     

基于离散介质流固耦合理论的地下石油洞库水封性和稳定性评价

 以我国首个大型地下水封石油洞库工程为背景,基于离散介质流固耦合理论,开展地下石油洞库水封性和稳定性评价。通过室内岩石三轴试验和结构面剪切–渗流耦合试验,获得岩石的弹性模量、泊松比和结构面的剪切模量、水力开度等参数。根据施工巷道开挖过程中围岩变形和水位变化情况,对围岩参数进行反分析,获得较为可靠的洞库围岩参数。综合上述成果,分析地下石油洞库的水封性和稳定性特征。研究发现,在水幕压力为50 kPa条件下,该地下水封石油洞库稳定水位位于主洞室上方约60 m,且大于洞内储存介质的压力,满足洞库水封条件;洞库各主洞室位移为9～30 mm,达到洞室稳定相关控制标准;分析8#和9#主洞室边墙附近的水平应力、竖向应力、法向应力和切向应力的变化,并将其划分为3个区域,即松动区、扰动区和未扰动区,其中洞室松动区范围约为6 m。研究为大型地下石油洞库水封性和稳定性评价提供理论依据。     

数字钻探随钻参数与岩石单轴抗压强度关系

针对常规的现场岩石单轴抗压强度测试方法周期长、成本高的问题,提出一种基于数字钻探测试岩石单轴抗压强度的方法。根据岩石钻进过程中的受力特点,基于能量分析法,推导了岩石单位切削能与随钻参数的关系式。同时,基于自主研发的多功能岩石钻探测试系统,开展了砂岩及不同强度砂浆试件等完整岩石的数字钻探试验,通过试验结果分析,建立了随钻参数与岩石单轴抗压强度的定量关系模型(DP-UCS模型),并对其进行了验证,结果表明:DP-UCS模型预测的单轴抗压强度与单轴压缩试验测定的单轴抗压强度的差异率平均值小于10%,证明了该模型的有效性。     

“一带一路”背景下全球能源互联网运行机制构建

随着清洁能源的大力发展与智能电网技术的不断成熟,特高压技术解决了超远距离电力传输调度问题,在当今全球化进程中全球能源互联已成为现阶段急需解决的重大问题,也是实现全球经济与能源可持续发展的重要战略规划。全球能源互联需要世界各国在能源领域进行全方面合作,打破不同发展水平国家间的能源准入壁垒,将世界各国的资源及能源性企业联合起来,形成一套互信互惠的能源交易运行机制,并探索适用于全球能源互联的商业模式,以保障全球能源互联网的建设有序开展。通过现阶段“一带一路”发展战略对全球能源发展现状及全球能源互联网现阶段取得成果的分析,对全球能源互联网发展过程中的新型投融资机制、市场机制、协同创新机制以及组织保障机制的建设进行了探索,旨在提出全球能源互联运行当中面对的各种问题,为全球能源互联运行机制建设提供可行性方案,推动“一带一路”与构建全球能源互联网两大战略的耦合与互动。     

基于岩溶突涌水风险评价的隧道施工许可机制及其应用研究

 突水涌泥是岩溶隧道施工中的主要地质灾害之一,建立基于勘察、设计和施工3个阶段突水风险评价的隧道施工许可机制是减少损失和控制风险的有效途径。通过对我国近50 a岩溶隧道(洞)突涌水工程实例资料的系统收集与归类整理,分析隧道突涌水的孕险环境和致险因子,遴选出突涌水的典型影响因素作为模糊层次评估方法的影响因子,统计分析出各影响因素与突涌水发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系,采用综合赋权法确定评价指标的权重,建立岩溶隧道突涌水风险模糊层次评价模型,进行隧道施工前勘察和设计2个阶段的突涌水风险预评价和施工中的动态评价。首先,据勘察资料对隧道突涌水的孕险环境进行初步评价,以确定隧道不同区段降低致险因子影响度的施工对策;然后,为检验其有效性,在设计阶段综合考虑孕险环境和致险因子进行突涌水风险的预评价;最后,在施工过程中,基于突涌水风险预评价结果的区段特征,全程动态追踪隧道揭露围岩的水文地质、力场和地球物理场等反馈信息,辨识隧道即将揭露区段突涌水风险的孕险环境和致险因子,进行突涌水风险等级的动态修正,并通过对不同风险等级区段的风险接受准则和风险控制对策的界定,实现隧道施工期突涌水风险的实时、准确和有效的风险管理,从而建立完善的基于隧道施工许可机制的施工安全风险控制体系。经三峡翻坝高速公路3条高风险岩溶隧道试运行证明,基于突涌水风险评价的施工许可机制在岩溶隧道突水预测与灾害控制方面具有明显作用,其分析结果相对准确可靠,具有广泛的应用前景。     

旋转梯度对平面裂纹的影响及其尺度效应

 将移动最小二乘无网格方法和弹性偶应力理论结合在一起,建立弹性偶应力理论的移动最小二乘无网格方法离散模型。首先研究偶应力理论下的小圆孔应力集中问题,确定该方法的基本参数,解决算法实施的关键技术。在此基础上,针对不同的特征长度,研究平面应力情况下中心I型裂纹尖端的强度因子和正应力分布、单边和双边I型裂纹尖端应力强度因子、最大剪应力以及复杂受力状态下中心斜裂纹初始扩展问题。与此同时,研究剪力和裂隙压力对尺度效应的影响。结果表明：偶应力对I型裂纹尖端的剪应力影响显著,对I型裂纹尖端正应力影响甚微;对平面斜置裂纹的弯折扩展有显著的影响,破裂角度、破裂步长、扩展载荷表现出显著的尺度效应;水平剪力明显加剧了尺度效应,裂隙压力对尺度效应的影响甚微。     

基于Tight gas致密砂岩储层渗透率的有效应力特性研究

 Tight gas是一种非传统新型能源,其储层通常为砂岩储层,具有很低的孔隙率(＜10%)和渗透率(＜0.1 mD)。合理确定Tight gas储层岩石的有效应力,了解其储藏动态,为制定和调整开发方案及实施综合治理提供依据。研究表明,针对土提出的有效应力原理对于岩石,特别是储油或储气岩石不再适用。在其基础上,提出改进的有效应力原理,即 ,其中? 称为Biot系数(又称有效应力系数)。因此,如何确定Tight gas 储层岩石的Biot系数,成为合理确定有效应力的关键。在此研究中,通过测定多组不同外部控制压力和孔隙压力下岩石的渗透率,对试验结果用Cross-plotting方法得到Tight gas致密砂岩储层的Biot系数。结果表明：(1) Tight gas 储层砂岩具有低渗透率,其数量级为0.010～0.001 mD,而且相同控制压力下,渗透率与孔隙压力近似成指数函数关系;(2) Biot系数随渗透率的变化而变化,渗透率越小,Biot系数越小,相反,渗透率越大,Biot系数也越大;(3) 试验所取岩样的平均Biot系数分别为0.509和0.612。