微生物矿化去除地浸采铀地下水中污染物的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(Microbial-induced Calcium Carbonate Precipitation,MICP)技术能较好地矿化去除地下水中的污染物。本文选用巴氏芽孢杆菌,分析其耐酸性以及对铀的耐受性,探究初始U(Ⅵ)浓度、Ca^(2+)浓度、pH值、菌液浓度和矿化作用时间等因素对MICP去除污染物的影响,揭示MICP矿化去污的机理。研究结果表明:巴氏芽孢杆菌在pH为4时具有较好的脲酶活性,可以适应含U(Ⅵ)浓度为100 mg·L^(-1)的地下水;当初始pH为4、铀浓度为50 mg·L^(-1)、Ca^(2+)浓度为8000 mg·L^(-1)、MICP矿化作用时间为48 h时,地下水中的U(Ⅵ)的去除率为61%、钙去除率为54%,但当初始pH升高到7时,U(Ⅵ)的去除率增加到91%。Ca^(2+)浓度的升高有助于MICP矿化去除地下水中的U(Ⅵ),但Ca2+浓度过高时其自身的被去除率相对较低。MICP矿化产物的成分为含铀的碳酸钙,其中,铀主要以共沉淀的方式被固定。

不同高径比石膏试样强度与尺寸效应的试验研究

确定合理的矿柱尺寸及其强度是保障石膏矿安全生产与长期稳定的关键因素。采用RMT-150B岩石力学试验机,对不同高径比石膏试样进行了单轴压缩试验。利用力学试验结果,建立了石膏试样强度与尺寸效应的理论模型及其表达式,采用FLAC^(3D)模拟了不同高跨比石膏矿柱的承载能力。研究结果表明:石膏试样的峰值应力、残余强度、弹性模量随高径比的减小而增大;初始应力和峰值应力所对应的轴向应变和横向应变随高径比的减小而减小;峰值应力后的轴向应变随高径比的减小而急剧减小,而横向应变则与之相反,且高径比越小横向应变越容易产生扩容破坏,呈现出软岩特性;变形模量与高径比之间的关系不明显,不能用其表征石膏试样的变形特性;当矿柱跨度超过4 m时,矿柱能充分发挥其支承能力,有效地支承上覆岩层的围岩压力。

水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用模型及应用

为了研究温度对水饱和边坡夹层力学参数的影响,将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体,建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型,并推导了其耦合控制方程;采用物理相似模拟的方法,建立了与边坡原型相似的试验模型,研究温度引起的边坡夹层力学参数的变化特征;通过比较分析理论计算结果与模型试验结果,验证了所建立的耦合力学模型的适用性。研究结果表明:孔隙水压力系数和热压力系数是引起水饱和边坡夹层孔隙水压力增加的关键控制因素;孔隙水压力系数取决于孔隙排水压缩特性和固相介质压缩特性,这两者差值越大,孔隙水压力系数越大;孔隙水热膨胀系数和孔隙体积热膨胀系数是影响热压力系数的主要因素,这两者差值越大,热压力系数也越大;边坡夹层孔隙水压力随温度升高呈现出先缓慢增加而后急剧增加的变化特征,而黏聚力和抗剪强度随温度升高而缓慢降低,且孔隙水压力的理论计算结果与试验测试结果吻合良好。因此,水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型能较好地反映孔隙水压力在加热升温过程中的变化特征,为科学地预测和控制类似边坡工程的稳定性提供了参考。

深基坑围护开挖空间性状水平位移数值模拟研究

针对重庆市杂填土顶管工作井深基坑围护开挖的工程实践,采用数值模拟的方法,研究基坑在空间性状下分步开挖引起的水平位移变形规律,探讨基坑在土与围护结构相互作用下的变形机理。为重庆以及西南地区类似条件下基坑围护结构的稳定性分析、围护结构的优化设计提供参考依据。

缓倾斜层状石膏矿开采沉陷相似模拟

采用相似模拟的实验方法,模拟了衡山石膏矿开采上覆岩层的破断、运移特征及导水裂隙带发育高度和开采沉陷规律,并对其开采沉陷进行了实测。相似模拟结果表明:当矿房跨度大于10m时,采空区上覆岩层开始产生竖向裂隙和层间水平裂隙;随着矿房跨度的增大,直接顶呈悬臂梁结构破断而逐渐逐层垮落,老顶则出现了初次来压和几次周期性来压;当矿房跨度为164m时,地面已整体塌陷,最终垮落带高度和层间水平裂隙发育高度分别为55m和94.5m,为采空区高度的18.3倍和31.5倍;地表沉降的最大值和地面塌陷的影响范围分别为115cm和342m,与其实测结果吻合良好,且两者的相对误差分别为15%和2.3%。

顶管工作井围护开挖过程的FLAC^(3D)模拟

针对典型的圆形顶管工作井,采用三维有限差分程序FLAC3D法,建立了数值模拟模型,研究了圆形顶管工作井分步开挖引起的土体水平位移及水平应力变化,以及围护结构所受水平应力的分布特征.研究表明:圆形工作井井壁从地面向下6 m范围内的土体发生了圆弧滑移破坏,最大位移发生于工作井从地面向下8~12 m的范围内,最终形成中间大,两端小的形状;井壁土体水平应力随开挖深度变化较小,围护结构所受水平应力较小,有效地发挥了其功效;三维有限差分法能较好地模拟顶管工作井的施工动态,模拟结果也为类似工程地质条件下圆形顶管工作井的施工提供了重要的参考.

改性黄麻纤维联合微生物胶结铀尾砂的抗渗性能试验研究

利用改性黄麻纤维联合微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)技术能有效胶结充填铀尾砂中的孔隙,提高堆浸铀尾砂的抗渗性能。通过研究铀尾砂的颗粒级配、胶结液浓度以及改性黄麻纤维的长度、质量含量和水热处理时间等因素对改性纤维联合微生物胶结铀尾砂的渗透系数的影响,获取最优的胶结参数;采用扫描电镜和X射线衍射仪等测试设备,表征了改性黄麻纤维联合MICP胶结铀尾砂形成的碳酸钙晶体的结构类型,分析其抗渗机制。研究结果表明:经水热处理后的纤维表面粗糙度增大,为微生物提供更多的附着场所,促进了微生物在铀尾砂中的生长、繁殖、迁移和固定,增加了碳酸钙晶体的生成量,提高了碳酸钙沉淀的均匀性,降低了铀尾砂的渗透系数;在颗粒级配编号为A3的铀尾砂中,改性纤维联合MICP胶结后的铀尾砂的渗透系数大幅降低,且纤维长度为20 mm、纤维质量含量为0.5%、纤维水热处理时间为2 h、胶结液浓度为2 mol/L时,经过11轮注浆后铀尾砂的渗透系数降低了99%,此时的参数是最优的;改性纤维联合MICP胶结铀尾砂生成的碳酸钙晶体在衍射角2θ分别为23°、29.4°、36°、39.3°等多个位置出现方解石特征峰,此时的晶体结构为方解石。

急斜放顶煤开采顶板卸载拱结构分析

运用弹性薄板理论对急斜煤层水平分段放顶煤开采基本顶岩层进行拉应力分析,得出了顶板破断的判别准则.依据判别准则实例验证了分段开采后暴露岩板所受荷载只是整个上覆岩层中的一部分,指出上覆层中存在卸载拱结构,正是结构体的存在承担了大部分上覆岩层荷载,直接影响了开采过程的矿压显现.通过对卸载拱影响因素的研究,指出卸载拱是顶板岩层中的一种动态扩展结构,当原有的拱式平衡被打破,拱结构朝顶板侧上移,并达到一种新的平衡态,因此其范围是不断扩展的一个“平衡—失稳—再平衡—再失稳”的动态扩展过程,也是造成工作面矿压显现的原因.

某尾矿坝毛细水带内的坝体材料物理力学特性研究

毛细水的存在将使尾矿坝坝体材料的物理力学特性发生较大变化,这种变化对尾矿坝的安全稳定势必产生影响,而国内外在此方面的研究工作却鲜有报道。为此,开展了某尾矿坝坝体材料现场取样、室内土工试验工作,并采用自制的毛细水带分层取样试验装置开展了长达6个月的毛细水上升测试工作,通过分层取样及土工试验,得到了毛细水带内尾矿砂的物理力学特性,进而系统地研究了毛细水带尾矿砂的含水率、重度、黏聚力、内摩擦角等物理力学指标随毛细水高度的变化特征。研究发现,毛细水带内尾矿砂的含水率和重度均随毛细高度而减小;黏聚力和内摩擦角的变化均随毛细高度和含水率呈先增大后减小的变化规律,其中内摩擦角的变化规律与以往相关研究所得结论并不完全相符,分析指出,这是由于毛细水和尾矿砂颗粒的表面特性所导致的;简要分析了抗剪强度随毛细高度的变化规律,发现其受毛细作用影响较大,呈先增大后减小的变化趋势。研究结果为坝体、边坡等工程的稳定性研究工作提供了一种新思路,为今后建立考虑毛细水作用下尾矿坝稳定性分析方法和理论奠定了基础。

黄土-废石胶结充填体抗压强度试验研究

宝山矿2#砂页岩矿体采用黄土-废石胶结充填法回采。为了确定其合适的配合比,采用RMT-150B岩石力学试验机对七种配合比的黄土-废石胶结充填体的标准试样进行了抗压强度测试,利用测试结果选择C组配合比的黄土-废石胶结充填体应用于该矿工业性试验采场进行充填,并对该试验采场的充填体进行了应力测试。研究结果表明:黄土-废石胶结充填体的破坏过程分为五个破坏阶段;黄土-废石胶结充填体的强度随黄土加入量的增加而减小,随水泥加入量的增加而增加;初期强度随水泥加入量的增加而提高;选用C组配合比的黄土-废石胶结充填体充填试验采场的应力为2.25 MPa,其龄期为60 d时为原岩体的抗压强度的47.4%,满足该矿对充填体强度的要求;研究成果为其它采场选用合适的胶结充填体的配合比提供了依据。

温度和气压对某金属矿山尾矿坝中毛细水上升规律的影响

毛细水的存在对尾矿坝的安全稳定有一定影响,而温度、气压的改变会引起毛细水表面张力的变化,进而对尾矿砂中毛细水上升规律产生影响。通过试验模拟尾矿坝中毛细水上升过程,对长期(95 d)毛细水上升过程进行测计,记录当时的温度、气压、时间、上升高度等。建立分别考虑温度、气压及综合考虑温度及气压的毛细水上升规律的分析模型。结果表明:温度对毛细水上升的影响较气压大;在毛细水上升初期,温度、气压对毛细水上升规律的影响不大,但在上升后期其影响逐渐明显。这是由于毛细水上升过程中温度气压对表面张力的影响随着毛细水上升动力逐渐衰减变得显著所致。

含软弱夹层板岩抗剪强度试验及表征方法

在微机控制岩石剪切试验机上,针对预裂的含薄层黏土充填结构面板岩试件,进行不同法向应力下的结构面直剪试验,发现:结构面直剪试验中,并不是整个结构面都参与抗剪工作,只有部分结构面发挥抗剪作用,而且发挥抗剪作用的有效摩擦面积随法向应力的增大而增大,但是增大速率逐渐减小。基于整个结构面发挥抗剪作用的假设,获得了结构面表观剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面表观抗剪强度指标;同时基于每次直剪试验中结构面部分区域发挥抗剪作用的假设,获得了结构面有效剪应力-剪位移关系曲线,拟合计算了结构面有效抗剪强度指标。对比两者发现:结构面抗剪强度指标中,内摩擦角与发挥抗剪作用面积的选取无关,黏聚力则受发挥抗剪作用面积选取的影响;基于结构面有效摩擦面积计算得到的有效黏聚力,相比表观黏聚力,提高了95%。本文研究成果对于滑坡工程治理方案的评估与选择具有重要的意义和价值。

基于颗粒级配均匀设计的尾矿坝中毛细水上升规律研究

堆积型尾矿坝坝体颗粒级配情况因尾砂排放和堆积的形式而千变万化,因此仅仅采用海森经验公式估算其毛细水上升情况会造成很大的偏差。为此,以湖南某尾矿坝坝体尾砂为原料,采用均匀设计方案设计并配比了8种尾矿砂,随后对该8种尾矿砂中的毛细水上升情况进行了长达10个月的监测,系统地研究了颗粒级配的差异对毛细水上升过程的影响。研究表明,毛细水初期阶段上升速度与尾矿砂中粗粒颗粒含量成正比,其最终上升高度则由细粒含量所决定。进一步地,还得出了由颗粒级配估算毛细水上升高度的方法,为毛细水上升高度计算理论提供了一种新思路和新方法。

某矿山地下采空区对地表稳定性的影响研究

矿山地下采空区的存在,给地表居民带来巨大的安全隐患。本文应用FLAC3D数值模拟软件建立了湖南某矿山地下采空区模型,进行了数值模拟计算,并采用自编接口程序,绘制了模型剖面位移等值线等图,进而对该采空区对地面沉降的影响进行了分析研究。分析结果表明,采空区顶板的变形对地表有较显著的影响,必须立即进行处理。文中最后还提出了合理的采空区处理措施,以保障后续开采工作顺利、安全地进行。

城市地下空间工程专业STC实习教学模式研究

以华中地区4所大学城市地下空间工程专业为例,采用问卷调查和访谈相结合的现场调查方法,对目前该专业实习中存在的突出问题进行了分析,并基于STC理论,提出了既有利于学生职业生涯发展,又有利于学校和企业双赢的实习教学新模式。

湖南某金属矿山地下采空区稳定性分析及其影响

湖南某金属矿山长期存在的采空区给地表居民带来巨大的安全隐患。通过建立该矿山地下采空区数值模拟计算模型,采用自编接口程序绘制了模型相关剖面位移等值线等图,进而对该采空区对地面沉降的影响进行分析研究。结果表明,采空区顶板的变形对地表有较显著的影响,必须立即进行处理。最后提出合理的采空区治理措施,保障后续开采工作顺利、安全地进行。

导师创新团队建设促进专业学位研究生教育协同培养模式

结合校级创新团队建设实例及专业学位研究生培养状况,分析了导师创新团队建设的必要性,总结了建设过程中经验,建立了导师创新团队建设促进专业学位研究生教育的协同培养模式。导师创新团队建设对规范导师指导模式以及专业学位研究生教育质量的提升都具有重要的指导意义。

城市地下空间工程专业生产实习模式改革

以南华大学城市地下空间工程专业为例,分析了目前生产实习模式中存在的经费不足、资源短缺、指导管理难到位等问题,对提高生产实习教学效果的新模式进行探讨。提出了加强组织与管理,拓展实习方式,强化实习指导和过程控制以及努力为企业创造效益的改革方向。

省级精品课程“爆破工程”建设的创新与实践

精品课程建设是教学质量与教学改革工程的重要组成部分,以南华大学省级精品课程"爆破工程"为例,分别从教学内容、教学方法、教学手段等方面介绍了在精品课程建设中创新和实践经验,提出只有在这几个方面下功夫,才能将课程建设成真正意义上的精品课程。

提高青年研究生导师能力研究

导师能力是决定研究生培养质量的关键。青年导师学历高、科研能力强、学术思维开放、精力旺盛,但普遍缺乏指导经验。青年导师应从提升自我开始,做好学术科研的同时,注重道德品质及治学态度的修养,在培养研究生的过程中找准角色与定位。在研究生培养过程中,通过转变学生学习理念、培养创新技能、建立畅通的师生沟通渠道、制订合理激励机制,并采取因材施教的措施,培养硕士研究生的科研创新能力。通过团队文化的营造,提升团队的创造力与凝聚力。