基于双重介质渗流-应力耦合模型的高压压水试验渗透参数反演

高压压水试验过程中岩体易发生水力劈裂产生裂隙,岩体内部孔隙、裂隙双重导水,渗流场和应力场相互作用,导致岩体渗透参数的时空变异性。基于高压压水试验反演渗透参数需考虑双重介质渗流-应力耦合作用下产生裂隙前后渗透系数的变化规律,利用渗流-应力耦合数值模型结合工程现场高压压水试验数据进行参数反演,计算得到不同压力阶段下灰岩岩体渗透率。主要结论如下:发生水力劈裂前,随着注液压力的增大,渗透率及孔隙水压力在不同压力阶段之间分界明显,渗透率反演值与规程公式计算值相近;发生水力劈裂后,岩体渗透率增大约2倍,孔隙介质渗透率和通过的流量出现陡减现象。

弱透水层瞬态水力参数的地质统计反演识别研究

弱透水层释水变形伴随着水力参数(渗透系数K和贮水率Ss)的瞬态变化,传统的“移动窗口”式反演方法假定每个反演窗口的初始状态是静态的,这与弱透水层释水变形存在明显滞后效应的实际情况不符。本文提出了在高维参数反演优化情境下,时间域上模型参数的动态变化可与空间域上模型参数的一维非均质性等价,因而可用地质统计反演方法可用于识别弱透水层瞬态K和Ss的新思路,实现了该方法在水文地质领域的创新性应用。以上海越流含水层系统为例,运用似线性地质统计反演算法,高精度地拟合了F16分层标处的长观变形数据,获取了原位透镜体状弱透水层K和Ss的瞬态特征。反演结果显示,观测时段内K的变幅为1.02×10^(-5)~5.89×10^(-4)m/a,平均值为1.38×10^(-4)m/a,Ss的变幅为4.34×10^(-4)~6.02×10^(-3)m^(-1),平均值为2.65×10^(-3)m^(-1)。基于反演所得参数瞬态特征,分析原位弱透水层在1994年前后分别以弹性和塑性变形为主,弱透水层K呈现与含水层水位相反的季节性变化特征,该现象可能与渗流力作用下细粒物质在含水层与弱透水层透镜体交界面附近的对孔隙的阻塞和疏通作用有关。该方法可获取完整观测时段内水文地质参数的动态变化轨迹,在计算评价地表水-地下水交互领域的河床渗透性、原位修复领域的渗透反应墙渗透性等的动态演化特征方面具有潜在的应用价值,并可作为构建水文地质领域、岩土工程等领域有关本构模型的有效辅助手段。

基于弯矩修正法的浅水区海底直铺管道允许悬跨长度计算

海底管道悬空问题是管道工程建设中经常遇到的重要问题,当管道的悬跨长度达到一定值时,管道较容易失稳,而悬空油气管道失稳破坏导致的后果往往非常严重,因此需要对悬空的海底管道进行定期的维护和处理,但由于海上作业难度大,针对悬空管道的治理成本非常高,因此可考虑对处于悬空但在安全允许悬空范围内的管道暂时不进行加固,此时就需要计算管道的允许悬跨长度,为管道的治理提供依据。由于我国油田大多建设在近海地区,因此在考虑管道的悬空问题时需考虑浅水区波浪的特点。本文考虑浅水区波浪的非线性影响,推导得到浅水区波浪场内任意一水质点的水平流速和竖向流速计算公式,并根据该公式和Morison方程,进一步建立了管道悬跨水动力载荷的表达式,最后基于弯矩修正法,提出浅水区平铺海底管道允许悬跨长度计算公式。根据工程实例,结合本文研究,计算得到该工程所在海区平铺管道允许悬跨长度。

基于cDC-GAN替代模型的物理-化学非均质矿层CO_(2)+O_(2)地浸采铀过程模拟

基于物理过程的CO_(2)+O_(2)地浸采铀反应性溶质运移模型需要采用高分辨率网格来捕获介质物理-化学参数空间变异性和对流-弥散-化学反应多过程耦合特征,往往面临巨大的模型计算挑战.传统的替代模型处理高维数据空间分布预测时面临精度和维数诅咒问题,基于条件深度卷积生成对抗网络(conditional Deep Convolutional Generative Adversarial Network,cDC-GAN),本文提出了一种多重输入图像到输出图像回归的cDC-GAN替代建模组件,建立了高维物理-化学非均质场(渗透率场和铀矿物品位场)和铀浸出浓度分布场之间的映射关系,训练集和测试集样品中结构相似性指数的中值达0.98以上,可以作为砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)溶浸过程数值模型的替代方案.cDC-GAN替代建模不受底层物理模型的限制,进而可为复杂反应性溶质运移模型的参数识别、不确定性分析、全局敏感性分析和模拟优化方案设计等提供通用框架.

深埋圆拱形隧洞围岩流场及涌水流速分布的解析研究

近年来,随着我国交通工程、采掘工程、地下空间工程以及长距离引调水工程建设的不断发展,隧洞突涌水灾害发生越来越频繁。但是目前针对圆拱形隧洞围岩流场的解析研究较少,使用保角变换方法求解圆拱形深埋隧洞涌水量及围岩流场的解析解,探讨了圆拱隧洞洞壁涌水流速的分布规律。研究发现:在圆拱形隧洞洞壁附近,地下水流场受隧洞形状影响较为明显,而在远离洞壁处,隧洞形状对地下水流场的影响可等效为圆形隧洞;圆拱形隧洞洞壁涌水流速的最大值出现在底板左右两端的转折点(即洞底脚)附近,而流速最小值位于底板中心点;洞底脚流速可达底板中心点流速的3倍以上;隧洞截面形状越接近于圆形,洞壁各点涌水流速的相对差距越小。研究成果可为圆拱形隧洞涌水量预测及围岩地下水流场刻画提供理论依据,为隧洞施工方案设计以及防渗/排水措施设计提供有力支撑。

可拓评价方法在环境质量综合评价中的应用

详细介绍了可拓评价方法的步骤 .以太子河本溪区段 5个断面的水环境评价为例 ,探讨了可拓评价方法在环境质量综合评价中的应用 .经与其它方法比较 ,表明可拓评价方法应用于环境质量综合评价是合理可行的 .

地下水热量运移模拟的BEM-FAM耦合法

基于地下水热量运移的基本原理 ,本文提出了求解地下水热量运移问题的BEM -FAM耦合法 .该方法原理简单 ,操作方便 ;不仅可以直接计算出地下水流速度 ,而且避免了对流扩散方程数值解中的数值弥散和数值振荡 ,提高了计算精度 .应用本文提出的方法对溪洛渡水电站工程地下水热量运移问题进行了模拟 ,计算结果与地质分析的结论一致 ,表明该方法是可行的 .

基于压水试验资料的岩体透水性分形特征研究

采用R/S分析方法对钻孔常规压水试验资料进行了分析,给出了能反映岩体透水性特征的分维数。通过对不同水电工程中压水试验的分析,探讨了不同岩性、构造条件下裂隙岩体透水性的分形特征。

基于实码遗传算法的地下水污染物运移参数反演

介绍了采用实数编码遗传算法优化反演地下水污染物运移参数的基本步骤,不仅求解了弥散系数,而且反演得到了地下水运动速度。算例表明,采用遗传算法———特征有限元离散方法反演地下水污染物运移参数是可行的。

三峡库区猴子石滑坡地下水动力场分析

三峡库区的猴子石滑坡位于奉节县新城核心地段,滑坡体上有奉节县汽车客运中心、综合广场等近20个迁建单位与大量居民住宅楼,保证边坡稳定性有重要的意义。三峡水库蓄水后在猴子石滑坡部位将会形成较大的地下水压力,特别是在库水位骤降情况下,坡体内将产生较大的动水压力,这对边坡稳定非常不利。通过数值模拟不同工况边坡地下水渗流场可知,库水位从175m骤降至145m时,猴子石滑坡所受动水压力为正常蓄水位时的13倍,进行稳定计算时必须考虑动水压力的影响。最后对降低地下水位工程措施实施后的渗流场也进行模拟,为治理工程设计提供科学依据。

城市空气质量综合评价的可拓方法

可拓方法是从定性和定量两个角度去处理现实世界中矛盾问题的一种新方法 ,它能较完整地反映事物的综合质量水平。本文介绍了可拓评价方法的基本原理 ,并探讨了该方法在城市空气质量综合评价中的应用 。

奎河两岸污灌区浅层地下水氮污染特征及同位素示踪分析

地下水中氮污染主要包括铵态氮和硝态氮,特别是当铵(NH_4^+)作为地下水的主要污染物时,由于其在含水层中迁移规律复杂,且难以去除,成为研究该问题的难点。在奎河徐州段两岸通过钻孔对浅层地下水进行取样测试分析,研究区浅层地下水中氮的存在形式主要为NH_4^+,其次为NO_3^-。通过对δ^(15)N-NH_4^+同位素分析可知,地下水中约27.3%的NH_4^+来源于化肥,约72.7%NH_4^+来自于动物粪便、生活污水等高δ^(15)N值的污染源;对δ^(15)N-NO_3^-同位素分析可知,地下水中约有15.2%的NO_3^-来源于化肥和土壤有机氮,63.6%的NO_3^-来源于动物粪便和污水;约21.2%的地下水样本中δ^(15)N-NO_3^-值超出了污染源的同位素值,可能产生了反硝化作用。

裂隙岩体溶质运移模型研究

核废料的地下深部贮存、垃圾填埋造成的污水下渗、海水入侵、输油管道老化引起渗漏等诸多应用领域的发展,要求从机理、试验和模型等方面发展裂隙岩体溶质运移理论。基于裂隙岩体系统溶质运移的多尺度概念模型,分析了目前描述裂隙岩体系统中溶质运移各种数学模型的适用性和优缺点,为选取合理的数学模型求解具体的问题提供了参考依据。最后提出了需要进一步研究的问题。

裂隙岩体地下水溶质运移的尺度问题

核废料的安全贮存、地下污染的预测控制等目前面临的许多重大问题要求对大尺度裂隙岩体地下水溶质运移问题进行研究 ,然而裂隙岩体地下水溶质运移问题的尺度效应给这项研究带来了极大的挑战。本文介绍了裂隙岩体地下水溶质运移的多尺度概念模型及其物理和数学模拟方法 ,并探讨了模拟尺度与观测尺度、预测尺度。

云南鹤庆西山地质构造对岩溶发育的控制作用分析

为探究地质构造对岩溶发育的控制作用,选择鹤庆西山为研究区,采用地质调查与钻探数据相结合的方法,分别对地层岩性、地质构造、地表与地下岩溶现象和分布规律进行综合分析。结果表明:受印支运动、喜山运动等多期构造运动影响,研究区整体形成以NNE-NE向为主的构造格局。根据规模的不同,将研究区构造划分成区域性断裂带、次级断裂、大型构造裂隙与节理等4个层次,分别从不同程度影响岩溶发育的方向与深度,控制研究区地下水径流与排泄。研究区岩溶发育具有阶段性,区内保留有3000m和2500~2700m的2级夷平面,发育高程2300~2500m、2260~2320m、2210~2240m和2200~2220m的4级河流阶地,分别对应不同高程的水平溶洞,结合钻孔数据,将研究区划分为古近纪岩溶发育、新近纪岩溶发育及第四纪(现代)岩溶发育等3个岩溶发育期。

基于分形理论的裂隙岩体地下水溶质运移模拟

岩体裂隙面是粗糙不平的,具有分形特征。裂隙本身可以看成由上下两裂隙面叠合而成的,可以应用分形几何理论来模拟粗糙裂隙面和裂隙张开度的分布情况。在用分形理论模拟裂隙面及裂隙张开度的基础上,用特征有限元方法对粗糙裂隙中的溶质运移进行了模拟。模拟结果显示,考虑裂隙面的粗糙度,模拟其中的溶质运移更符合实际情况。与平均张开度下光滑裂隙中的溶质运移相比,粗糙裂隙中的浓度锋面更落后,而且存在不均匀性和各向异性的特点。

裂隙介质溶质运移试验研究

介绍了自行研制的裂隙介质溶质运移试验测试系统,与国内外同类试验装置相比,该测试系统可以对不同尺寸的裂隙介质进行溶质运移试验,在裂隙介质中布设了测试流体压力、温度、浓度的传感器,可以对原样裂隙中各点的溶液浓度进行直接测量,以此来获得溶质在裂隙介质中的运移规律。应用该测试系统进行了NaCl示踪剂溶液在裂隙介质中运移的试验,并用解析–优化方法求解了裂隙介质中NaCl示踪剂溶液运移的水动力弥散参数。

我国北方水资源持续发展状况的灰色聚类评价

针对我国北方地区水资源开发利用的现状 ,采用灰色聚类的方法对北方各省区的水资源持续发展状况作了综合评价 .结果表明 。

水-岩作用的线性规划模型与应用研究——以溪洛渡水电工程为例

采用水－岩作用热力学模拟的方法，以溪洛渡水电站工程为实例，从水化学方面对坝区复杂水文地质条件作了定量分析评价。研究成果充分反映了水－岩作用这种物理化学反应的结果，同时也为正确评价溪洛渡水电站复杂水文地质条件提供了可靠的依据。

某水电站坝址区钙质砂砾岩溶蚀发育规律研究

分析了我国西南某水电站坝址区钙质砂砾岩溶蚀发育分布规律，并采取岩样进行了室内溶蚀试验．试验结果表明，砾岩和含砾砂岩不仅胶结物主要为钙质成分，30％～50％的砾石成分也为钙质，因此加强了岩体的可溶性；新鲜岩石表面最容易受溶蚀，且溶蚀速度较快．这与现场调查和钻孔岩芯统计裂隙表面溶蚀风化程度最强，垂直裂隙面向岩石内部风化程度逐渐减弱的实际情况相一致．