等水位河间地块岩溶裂隙和流场演变模拟初探

经典地下水动力学根据Dupuit假设得到了河渠间潜水含水层水位分布的解析解,常用于实际工程。该解析模型是否适用于具有裂隙网络的河间地块岩溶含水层,这个问题远未得到充分论证。考虑降雨入渗强度为100~800mm/a的情形,建立剖面二维离散裂隙网络渗流模型,对等水位河间地块开展数值模拟研究。裂隙网络包含陡倾角和缓倾角2组裂隙,具有随机分布特征,隙宽均值为0.01cm。根据稳定流场模拟结果划分包气带和饱水带裂隙界面,分析水位分布特征,计算饱水带裂隙网络的等效渗透系数,并与经典解析模型反算的等效渗透系数进行了对比,发现采用解析模型的误差小于25%。进一步模拟岩溶作用下裂隙演变的情景,对10ka内河间地块裂隙状态和准稳态渗流进行了预测,发现隙宽最大值达到0.07cm,经典解析模型仍然能够通过水位反算出数量级相符的等效渗透系数。模拟结果表明潜水面具有不规则形状,而且在河岸会出现明显的渗出面泉点,裂隙泉点数量在岩溶演变过程中逐渐减少。经典解析模型虽然能够估算河间地块裂隙网络的等效渗透系数,但不能刻画潜水面的不规则形态,也不能预测岩溶裂隙渗流场的演变趋势。

基于三维裂隙网络模拟和单孔压水试验的裂隙张开度确定方法

岩体裂隙的等效水力张开度(水力学等效隙宽)是岩体的关键力学几何参数之一。目前常采用交叉孔试验等大型试验方法获取野外深部岩体裂隙的张开度,但该方法很少在一个工程中多次使用,且难以分析裂隙张开度在空间上的变化。以三峡大坝右岸地下电站硐室围岩为例,提出了一种联合利用常规单孔压水试验数据和三维裂隙网络模拟,反演确定裂隙等效水力张开度的新方法。利用实测裂隙编录资料取得的统计数据开展裂隙产状随机模拟,构建与压水试验钻孔连通的三维离散裂隙网络渗流模型,拟合单孔压水稳态流量和压力的关系,反演不同深度岩体的裂隙等效水力张开度。结果表明,研究区岩体裂隙的等效水力张开度一般为0.07~0.30 mm,符合对数正态分布的统计特征,多数钻孔反演的裂隙等效水力张开度随埋深呈指数形式衰减,少数钻孔呈现出裂隙等效水力张开度随机性强、随埋深变化不明显的特征。相较传统方法,本方法反演结果显著不同,有待进一步验证。

宁夏典型工业场地多环芳烃的来源解析及特定源的毒理学风险评估

人类大规模的工业活动是环境污染物的重要来源之一,工业场地及其周边环境污染问题较其他环境更为典型和突出。为探究宁夏某典型工业园区土壤中多环芳烃(PAHs)的污染状况、组成、来源及毒理学风险,本研究采集了冶金、化学农药制造和化学制品制造等不同行业的企业及其厂区周边的108个表层土壤样本。采用气相色谱-质谱法(GC-MS)分析了16种PAHs的浓度,用正定矩阵因子分解法(PMF)进行来源解析,使用毒性当量浓度(TEQ)、诱变当量浓度(MEQ)和终生致癌风险(ILCR)3个指标进行了毒理学风险评估,并进一步评估特定来源的致癌和致突变风险贡献,以促进在风险基础上的排放源管理和控制。结果表明,该工业园区表层土壤中PAHs的平均浓度为(2029.1±5585.9)μg·kg^(-1) ,在全国和宁夏区内均处于较高污染水平。园区内土壤PAHs主要来源为交通源(53.9%)、重油燃烧源(27.0%)、煤和生物质燃烧源(14.9%)和钢铁工业来源(4.2%),主要污染行业为活性炭制造、石灰氮制造和冶金工业。PAHs对成人的ILCR为4.5×10-6,潜在致癌风险主要来源于经口摄入和皮肤接触。交通源贡献了最大的致癌(45.4%)和致突变风险(43.4%)。

松-嫩平原苏打型盐渍土强度特性研究

用干燥法和滴水法研究了松嫩平原苏打型盐渍土在失水和吸水过程中抗剪强度参数c、φ随含水率的变化关系,提出了这两种情况下,苏打型盐渍土随含水率变化的抗剪强度公式并给出其强度参数及含水率的强度曲面,得出了不同应力水平下的临界含水率。分析了苏打型盐渍土在失水和吸水条件下抗剪强度随含水率的变化机制。其研究结果为松嫩平原地区的苏打型盐渍土工程的设计与建设提供参考。

岩体非连续裂隙网络三维面状渗流模型

模拟了一个野外实际入渗试验的岩体裂隙网络及其中的渗流。通过逆方法建立岩体三维裂隙网络模型,其指导原则是使模型能够再现野外通过露头和钻孔所观察到的裂隙现象。逆方法由于可以对模拟和实测裂隙进行相同条件统计抽样,因此避免了实测数据统计分析中复杂的误差矫正。裂隙面状渗流分析采用了任意多边形有限差分法。讨论了通过模型校正确定裂隙导水系数的方法,进行了随机模型重复实现,验证了模型的稳定性。

非连续裂隙网络管状渗流模型及其校正

模拟一个野外实际入渗试验的岩体裂隙网络的渗流。在建立渗流模型时,首先产生圆盘形三维裂隙网络,然后令圆盘形裂隙网络退化为三维空间上的管状网络。管元的直径通过模型校正的办法确定,即通过优化方法寻找适当的管元直径,使计算的渗流试验排泄流值能够满意地拟合实测值。由于不可能校正每个管元直径,所以假设在一组裂隙内管元直径服从对数正态分布,这样渗流模型校正参数为每组裂隙管元直径的平均值和标准差。为验证模型的稳定性,通过重复实现产生20个裂隙网络,这20个随机裂隙网络的平均流量与实测值之间的误差为6%。

裂隙岩体一般块体理论初步

本文在前人工作的基础上提出了一种通用方法解决任意大小裂隙、任意形状工程岩体的岩石块体识别及稳定性计算问题。在这一方法中裂隙既可以是实测裂隙也可以是通过随机模拟方法生成的随机裂隙,工程岩体可以是任意由多面体组合成的形状,如复杂边坡或地下洞室,而且岩体和裂隙面可以是非均质的。这一通用过程被称为一般块体理论。它克服了关键块体理论(或楔形体法)中存在的弱点:即把裂隙假设为无限大的不连续面,因此无法预测岩石块体的数量和位置,而且一般只能识别出简单形状的凸形体。它在块体识别的同时将复杂的块体分解为几个简单的凸形块体,从而使复杂块体的几何描述、体积及重力计算、力学分析、可视化表示等一系列问题大大简化。在对一公路边坡的裂隙进行了详细观测之后,利用本文的方法进行了块体识别和稳定性分析,对本文的研究进行初步的验证。

非连续裂隙网络水流计算机模拟

本文以湖北某地区为例,对工作区二迭及三迭系地层的基岩裂隙进行了统计分析,并对其裂隙网络及水流进行了计算机模拟。利用非连续介质方法就非连续裂隙网络的连通性、裂隙长度对网络导水能力的影响、裂隙网络的方向导水系数、网络内水头分布特征等问题进行了初步的探讨。

岩溶地面塌陷机理分析

本文分析了地下水位下降对岩溶地面塌陷的影响,认为有效应力的变化及动水压力的增加是地下水水位下降导致地面塌陷的根本原因.在该机理分析的基础上,给出了一定条件下;地下水位下降值与岩溶塌陷总数的定量关系式,并进行了一定程度的验证.

三维裂隙网络溶质运移粒子追踪法

本文讨论了利用粒子追踪方法模拟岩体三维裂隙网络中溶质迁移的问题。在本研究中裂隙为圆盘形,具有一定的张开宽度;其中流体的流动为面状流,发生在整个裂隙圆盘范围内。粒子追踪时考虑了对流、纵向弥散和横向弥散。利用提出的方法模拟了一个野外实际钻孔示踪试验。对模拟得到的示踪剂恢复曲线与实测的回收曲线进行了对比,二者的结果基本一致。

日本京都大学工学部的本科高年级和研究生教育

本文介绍了日本京都大学工学部的高年级本科生及硕士博士研究生教育过程 ,讨论了一些值得我们借鉴思考的做法 ,如学生学位论文选题时的“小题深做” 。

渗水试验的饱和-非饱和水运动数值模拟与分析

本文使用交替方向隐式差分法对渗水试验模型进行了数值模拟。分析了渗水试验侧向流动强度,双环与单环试验的精度,地层非均质的影响,环中水柱高度引起的误差,双环尺度的选择等问题。这些问题在野外试验中常常遇到,是影响渗水试验精度的常见因素。

非饱和水流方程局部迭代法

本文提出了局部迭代法,对非饱和水流的非线性方程的迭代解法进行了一定的改进。实际计算表明,数值模拟中使用局部迭代法能节省一定的计算时间。

地表水体下煤炭资源开采研究

在地表水体下进行煤炭资源开采的研究课题是一个跨煤炭、水利、地质和环境保护行业的综合性研究课题。随着《中华人民共和国水法》的颁布实施和国家对环境保护重视程度的加强,其研究内容应扩大,需把资源开采、保证水工结构安全和环境保护结合起来进行研究,真正达到各系统“多赢”的局面。近年来,许多大型水利工程的建设将不可避免地遇到穿越煤系地层的问题,比如,南水北调中线总干渠由南至北依次穿越禹县、新郑、焦作、邢台等矿区的14个矿井,压煤1.8502×108t。因此,在地表水体下进行煤炭资源开采的研究具有重大的理论和现实意义。地表水体下进行煤炭资源开采至少应关注以下几个问题:(1)煤层开采引发地表塌陷对水工结构稳定性及安全运行的影响;(2)煤层开采引发地表水体渗漏及水位骤降的问题研究;(3)煤层开采对研究区渗流场变化、水工结构安全的影响研究;(4)煤层开采对研究区环境破坏的影响研究等。结合申家庄煤矿扩大区在岳城水库库区下采煤的工程实例,采用理论计算、数值模拟、现场测量和工程类比相结合的方法对上述问题进行详细研究,论证在岳城水库下进行煤炭资源开采的可行性,从而为相关部门进行决策提供重要的科学依据。

河北清苑县及周边农田土壤及农作物中重金属污染状况与分析评价

在河北省地质调查院1:250000多目标区域地球化学调查的研究基础上,对河北省清苑县及周边的农田土壤及玉米子实进行了采样分析,分析该地区农田土壤重金属的富集程度,并采用富集因子法和单因子土壤污染指数法进行污染状况评价。结果表明,该研究区土壤以重金属Zn、Cu、Cr、Pb、Cd污染最为严重,其中Cd污染已达显著富集程度;通过对子实重金属含量的描述统计显示,其农产品也受到一定程度的重金属污染,其中玉米子实中的重金属Ni和Pb存在超标现象。通过地统计学方法分析揭示了清苑县土壤重金属中污染严重的Zn、Cu、Cr、Pb的空间分布特征,并探索其主要成因。

导水断裂带发育高度的数值模拟

结合工程实例,采用ANSYS-2D,FLAC-2D和FLAC-3D程序对导水断裂带发育规律进行了大量计算和分析,认为:ANSYS-2D宜采用主应变指标来确定;FLAC-2D宜采用塑性区范围来确定;FLAC-3D宜采用应变增量(曲率)指标来确定.

柴达木盆地东部石炭系页岩吸附特性实验研究

柴达木盆地东部石炭系页岩是一套待开发的优质烃源岩,吸附是页岩气最主要的储集状态,但针对该区页岩吸附特征的研究较少。依据物质守恒与热力学平衡原理,运用自主设计的气固双相等温吸附实验仪,参考煤的高压等温吸附测定行业标准,对取自柴达木盆地东部石浅1井的页岩样品进行了不同温度(30℃、40℃、50℃和60℃)的甲烷等温吸附实验研究,并运用Langmuir-Freundlich(L-F)模型对吸附量实验值进行非线性回归分析;根据Clausius-Clapeyron方程计算得到页岩对甲烷的等量吸附热方程。研究结果表明:压力一定时,页岩对甲烷的吸附量随着温度升高而降低;温度一定时,随压力升高,甲烷吸附量出现先增大后降低的现象,具有典型的超临界吸附特征;L-F模型对等温吸附过程拟合效果良好,实验结果将模型中4个参数确定,且各参数物理意义明确;计算得到等量吸附热与吸附量之间的关系为:q=-3 679.7n+9 779.5,等量吸附热随吸附量增大而降低。等量吸附热结合L-F模型可以预测任意温度、压力下页岩对甲烷的吸附量,且预测值与实验所得数据结果吻合较好,对页岩气储量评估与开发利用具有实际意义。

三峡库区巴东黄土坡巨型古滑坡体形成机理

本文采用现场调查、裂隙统计及室内试验相结合的方法,并结合少量钻孔试验,研究了巴东县黄土坡滑坡的边界和深度。研究表明,黄土坡滑坡分为上、中、下三段,是一个巨型古滑坡体。在此基础上,结合宏观地貌特征对该巨型古滑坡体的形成机理进行了分析,认为黄土坡滑坡是分次发生的,中、下段滑坡发生时间较早,且为同时滑动;而上段滑坡则发生时间相对较晚。本文研究成果有助于对黄土坡滑坡的时空稳定性进行预测,以制定相应的防治措施。

降雨对裂隙型岩溶含水系统演化影响的数值模拟研究

本文在构建有降雨入渗及河流补给的裂隙型岩溶含水系统的概念模型基础上,采用有限差分数值方法,利用裂隙渗流立方定律及Dreybort(1996)经过实验总结出的碳酸钙溶蚀经验公式,定量地计算了裂隙型岩溶含水系统经过10 000年溶蚀的演化形态及岩溶泉的变化。模拟发现,岩溶含水系统的溶蚀主要发生在降雨入渗面处、河流补给处和岩溶泉的出露点附近。随着溶蚀的进行,岩溶含水系统的潜水位不断下降部分岩溶泉被疏干,通过计算岩溶泉汇流管道的隙宽变化,发现岩溶含水系统会出现明显的差异性溶蚀。在模拟过程中调节降雨量的大小发现降雨入渗对有河流补给的岩溶含水系统的演化影响并不显著。

大型水库库区下压煤开采对其安全影响评价

在前人研究成果的基础上,采用现场调研、室内试验、数值计算相结合的综合方法,研究了开采沉陷对大坝安全的影响、压煤开采引发库区渗漏及库水位骤降的可能性及对库区渗流场的影响.结果表明:压煤开采引发的最大地面塌陷范围距离大坝约5 km,不会影响大坝的安全运行;"两带"发育高度最大为85 m,防水安全煤(岩)柱留设合理,不会引发库区水体渗漏;压煤开采引发的库区渗流场变化很小,不会对大坝安全造成影响.