基于微流控技术的重质非水相液体氧化修复机理

为揭示重非水相污染物(DNAPL)氧化修复中多相渗流−化学反应−相演变耦合过程的物理化学机理,利用新兴的微流控技术开展了高锰酸钾(KMnO_(4))氧化修复三氯乙烯(TCE)的实验.结果表明:当浓度3g/L以上的KMnO_(4)氧化TCE时,二氧化锰(MnO_(2))固相产物会在流道深度方向上产生“固体墙”,后续MnO_(4)^(−)只能缓慢渗入墙内对TCE进行氧化,此时MnO_(4)^(−)成为限制性因素并转化为Mn^(2+),而Mn^(2+)扩散出墙外后再次被氧化为MnO_(2)固相,形成一个负反馈系统并造成修复效率急剧降低.当3g/L以下的KMnO_(4)氧化TCE时,MnO_(2)固相产物附着在流道壁面上,后续MnO_(4)^(−)可以和TCE持续反应并生成MnO_(2),KMnO_(4)溶液−DNAPL界面不断后退且修复效率较高.当加入磷酸氢盐后,MnO_(2)固相产物被显著抑制从而提高了修复效率,且1~2g/L是孔隙尺度TCE修复的理想KMnO_(4)浓度.

水布垭地下厂房围岩渗控效应数值模拟与评价

为减小水布垭地下厂房厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水洞等防渗排水措施。为确保数值计算的稳定性和收敛性,采用Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的稳定渗流分析方法,对厂房围岩的长期渗控效应进行计算分析;同时,采用基于等效模拟的整体模型分析和基于精细模拟的子模型分析相结合的方法,以减小有限元建模难度并协调计算量和计算精度之间的矛盾。建立评判渗流计算成果合理性的直观准则,即稳定渗流自由面在任意均匀介质内部必连续光滑且不产生回弯,除非自由面穿过渗透性相差悬殊的2种介质之间的界面。结合厂房围岩渗压监测数据,阐明运用上述方法求解含排水孔幕渗流问题的可行性和有效性,论证渗控设计的合理性和进一步优化的可能性。研究成果对类似工程渗控措施的优化设计具有指导意义。

大型水电工程渗流分析的若干关键问题研究

渗流控制是大型水电工程建设面临的关键技术问题之一,渗流分析是实现渗控优化设计的重要途径。解释了渗流控制的过程、状态、参数和边界等4类物理控制机制,论证了基于Signorini型变分不等式的渗流分析方法的有效性和优越性,并阐述了排水孔幕数值模拟的SVA方法、初始渗流场的反馈分析方法以及岩土体渗流的强耦合机理和模拟方法。研究成果对大型水电工程渗流分析及渗控优化设计具有指导意义。

锦屏一级左岸导流洞出口边坡开挖支护有限元模拟

锦屏一级水电站左岸导流洞出口边坡岸坡陡峻,层间挤压破碎带、顺坡卸荷裂隙及深部裂缝发育。边坡开挖将切除部分维持边坡稳定的坡脚岩体,从而对工程边坡及上部变形拉裂岩体的稳定性产生不利影响。基于锚固岩体弹塑性等效本构关系,采用弹塑性有限元法对边坡开挖、加固及地震作用进行了数值模拟,分析了开挖边坡的稳定性,并对初拟的"先锚后挖、边挖边锚"的施工程序的合理性进行了评价,提出了若干对工程建设具有一定指导意义的建议。

脆性岩石损伤与热传导特性的细观力学模型

基于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热-力耦合荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导特性模型。其中,损伤模型可考虑非等温条件下裂纹的法向压缩变形、刚度恢复以及裂纹的滑动剪胀特性,热传导特性模型可反映损伤过程中细观结构的演化以及裂纹形态、孔隙率和饱和度变化对岩石有效热传导特性的影响。讨论低孔隙率结晶岩裂纹形态和饱和度对其有效热传导特性的影响;采用瑞典sp闪长岩在三轴压缩条件下的应力-应变曲线验证损伤模型的有效性,并分析岩石在损伤演化过程中裂纹体积率、密度、形态、饱和度和有效热传导特性的演化规律。研究成果对于深部岩体的热-力耦合特性研究具有一定参考意义。

多相流传输THM全耦合数值模型及程序验证

基于连续介质力学原理和混合体理论,导出多孔介质多相流THM全耦合数学模型。该模型从固、液、气三相系统的动量、质量及能量守恒出发,考虑应力–应变、水体流动、气体传输、蒸气传输、热能传输和孔隙率演化等6个过程的耦合作用,实现对相变、溶解、热驱动、湿度传输和吸湿膨胀等物理现象的模拟,确保THM耦合控制方程组的封闭性和协调性。该模型在THM耦合体系中纳入气体及蒸气传输过程,摒弃以往采用基质吸力和绝对温度定义相对湿度的传统方法,从而使描述介质气体和蒸气运移特性以及THM耦合特性的相对湿度在严格的物理意义上加以定义。通过选取位移、水压、气压、蒸气压、温度和孔隙率为基本未知量,建立有限元数值计算格式,研发三维八自由度多相流THM全耦合有限元程序THYME3D,并采用法国原子能委员会开展的膨润土THM耦合Mock-up试验对数值模型和计算程序进行验证,揭示试验过程涉及的多场耦合机制。研究结果深化对多相流THM全耦合控制方程组、本构关系及计算参数特性的理解,从而为进一步研究THMC全耦合问题奠定基础。

基于Lyapunov指数改进算法的边坡位移预测

给出了一种最大 Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数的改进算法，这种改进算法不仅对小数据序列可靠，而且计算量小，相对容易操作。通过对边坡位移历史数据序列进行特征分析，计算出最大ｂ叩ｕｎｏｖ指数，并利用最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数的一维模式进行边坡位移预测。这种改进的方法比己有的研究方法更可靠，而且操作起来比较方便。通过对三峡升船机高边坡和新滩滑坡实际位移数据进行预测，结果令人满意。

低轨道高压太阳电池阵充放电效应试验

针对我国空间站采用的高压太阳电池,开展低轨道等离子体环境下高压太阳阵样品充放电效应试验,在实验室复现了高压太阳电池阵静电放电和二次放电现象。结果表明,高压太阳电池偏置电压为-70 V时开始出现静电放电,且静电放电次数随着偏置电压的减小而增大,并在高密度的等离子体环境下更容易发生静电放电。当偏置电压为-100 V,串间电压为80 V时观测到了二次放电。

热–水–力耦合作用下结晶岩渗透特性演化模型

在热力学框架下,采用细观力学方法,建立热–水–力(THM)耦合条件下低渗饱水结晶岩的各向异性损伤模型,考虑非等温条件下微裂纹水压力作用、法向刚度恢复以及滑动剪胀等细观力学机制对岩石宏观力学性能的影响。在此基础上,采用均匀化方法,建立各向异性损伤诱发的岩石有效渗透特性演化模型,指出损伤岩石有效渗透特性下限估计模型的局限性,进而给出可反映损伤演化过程中微裂纹连通性等细观结构特征的岩石有效渗透特性上限估计模型。采用三轴压缩过程中花岗岩的渗透率变化、高温热处理后花岗岩的单轴压缩性能、TSX巷道开挖产生的围岩损伤与渗透率变化等室内外试验成果对模型进行验证。

应变敏感的裂隙及裂隙岩体水力传导特性研究

通过将岩体单裂隙视为非关联理想弹塑性体,导出单裂隙在压剪荷载作用下,其机械开度和水力传导度的解析模型,并采用已有相关试验研究成果对解析模型进行验证。在此基础上,通过将岩体概化为含一组或多组优势裂隙的等效连续介质,给出一种描述裂隙岩体在复杂加载条件下考虑非线性变形特征及滑动剪胀特性的等效非关联理想弹塑性本构模型。基于该模型,给出裂隙岩体在扰动条件下应变敏感的渗透张量的计算方法,该计算方法不仅考虑裂隙的法向压缩变形,而且反映材料非线性及峰后剪胀效应对裂隙岩体渗透特性的影响。该模型通过引入滑动剪胀角和非关联理想塑性,较为逼真地反映了真实裂隙及裂隙岩体峰后的剪胀特性、变形行为和水力传导度变化特征。通过数值算例,研究了裂隙岩体在力学加载及开挖条件下渗透特性的演化规律。

考虑峰后力学特性的岩石节理渗流广义立方定理

通过建立考虑峰后剪胀及剪切软化效应的岩石节理法向变形模型,基于渗流扩散能等效原理,提出了一个岩石节理渗流广义立方定理,较为合理地描述了节理在较大法向闭合变形条件下的渐进渗流特性以及节理出现剪胀及剪切软化条件下的峰后渗流特性。采用已有压剪渗流耦合试验对广义立方定理进行了验证,表明采用常系数修正的立方定理能较好表征节理的峰后渗透特性。

Signorini型变分不等式方法在实际工程渗流问题中的应用

对Signorini型变分不等式方法定义的罚Heaviside函数进行了改进,建立了自适应罚Heaviside函数,从而使Signorini型变分不等式方法的数值稳定性进一步得到改善,网格依赖性进一步得到克服。通过将Signorini型变分不等式方法应用于深圳市公明水库坝区渗流分析,论证了Signorini型变分不等式方法在复杂强非线性三维渗流问题中的适用性。

高堆石坝水力耦合模型及工程应用

建立了高面板堆石坝非线性变形与非稳定渗流的水力耦合模型。该模型分别采用邓肯E-B模型和抛物Signroini型变分不等方法模拟堆石体的非线性应力变形过程和非稳定渗流过程,并通过修正的Kozeny-Carman模型表征堆石体的渗透特性对变形和围压的依赖关系。在面板渗透系数反演分析的基础上,应用上述模型对水布垭面板堆石坝进行了渗流–变形耦合分析。通过对数值模拟结果与实测数据的对比分析,表明因面板的绝对防渗作用,堆石体中的水力耦合效应并不显著,且上述模型可在一定程度上揭示堆石坝的渗流及变形发展趋势;但因忽略了流变、湿化、室内试验参数的尺寸效应以及非饱和渗流等,上述模型也存在较为突出的局限性。研究成果对于高面板堆石坝的水力耦合分析具有一定指导意义。

基于正交设计的复杂坝基弹塑性力学参数反演

复杂坝基弹塑性力学参数反演的计算工作量直接取决于采用何种优化方法。根据大坝在运行期的实测资料,运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法,反演了坝基岩体的弹塑性力学参数。实例研究表明了该方法的高效性和实用性。

瑞典spAPSE岩柱热弹性耦合特性与数值模拟

瑞典s p硬岩地下实验室开展的APSE试验的主要目的在于分析岩柱在开挖及加热过程中的力学响应及渐进破坏过程,其岩柱热–力耦合特性的数值模拟研究是国际合作研究计划DECOVALEX-2011项目的3大研究课题之一。采用热弹性耦合模型研究了APSE岩柱在开挖及加热过程中的应力、变形及温度变化规律,表明热弹性耦合模型对完整致密岩体的热-力耦合特性具有较好的描述能力,计算结果总体上反映了岩柱在开挖及加热过程中的应力调整和温度变化特征,并可对岩柱壁面的破坏特征及扩展规律进行定性解释。但因缺乏对岩体中多相流运动过程和渐进破坏过程的描述能力,热弹性耦合模型也表现出较大的局限性。研究成果对中国北山预选区核废料硬岩储库围岩的稳定性评价具有一定的参考意义。

不同带电情况下介质材料二次电子发射特性研究

空间材料二次电子发射特性是决定航天器表面带电速率和充电平衡电位水平的重要参数。本文利用1～5 keV 的脉冲电子束开展了聚酰亚胺（kapton）、玻璃盖片和光学太阳反射镜（OSR）材料的二次电子发射系数（δ）测试，并完成了介质材料表面不同充电情况下的二次电子发射特性研究。研究结果表明，在入射电子能量为1～5 keV 范围内材料二次电子发射系数随入射电子能量上升而下降，同时当二次电子发射系数大于1时，材料表面将累积正电荷，二次电子发射系数下降，当二次电子发射系数小于1时，材料表面将累积负电荷，二次电子发射系数将增加。

隔河岩坝基岩体在运行期的弹塑性力学参数反演

根据隔河岩大坝在运行期的实测位移,运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法反演了坝基岩体的弹塑性力学参数,为进一步研究高水位作用对岩体力学参数的弱化机制及弱化程度、大坝在极限水位下的安全裕度以及建立大坝工作状态预测模型提供了科学依据。

二次电子和背散射电子发射对卫星表面电位的影响

利用麦克斯韦函数描述空间等离子体能量分布特性,计算获得了空间等离子体中电子和离子充电电流密度、二次电子和背散射电子发射系数,并基于充放电平衡方程,建立了表面充电电位的计算方法。研究结果表明,二次电子和背散射电子在卫星表面材料Kapton的充电电位中约占25%。

内容传递网络处理能力受限代理放置贪婪算法

提出了旨在提高内容传递网络服务性能的代理放置策略CCSP(capacity-constrainedsurrogateplacement).CCSP在保证最大化系统吞吐量的条件下,以最小化系统通信开销为目标,求解最优的代理放置方式.与通信网络中的资源分配问题现有求解策略不同,CCSP通过模拟内容传递网络的请求路由机制,考虑了代理服务器的负载分布及处理能力约束,从而保证系统具有最低的资源消耗、最大的吞吐能力和良好的负载均衡.提出了高效的贪婪算法用以求解树型网络条件下的CCSP问题,并通过仿真实验系统地分析了算法的有效性.

空间等离子体环境下星用材料表面充电电位研究

通过建立多电子枪模拟空间能谱等离子体环境的试验方法,完成了单麦克斯韦和双麦克斯韦等离子体环境下,Kapton材料和太阳电池玻璃盖片表面电位测试试验。研究表明,试验结果和NASCAP/GEO软件计算结果一致性较好,验证了采用多电子枪模拟空间能谱等离子体环境试验方法的有效性和准确性。