微生物分解硅酸盐矿物增黏对砂土强度的影响

砂土因其无黏聚力而易导致地震液化和渗流侵蚀等工程病害问题,微生物矿化与分解技术的发展为提高砂土黏聚力提供了新的可能。利用胶质芽孢杆菌能够分解硅酸盐矿物的特性,采取人工营养液激励加速含钾长石、黑云母等硅酸盐矿物砂土的生物风化,分析经微生物处理前后砂土的强度参数、黏粒含量、矿物组分和粒间微结构的变化规律。结果表明:胶质芽孢杆菌处理后的砂土中黏粒含量增加了1.6%;黏聚力与处理时长呈线性正相关,120 d内有效黏聚力增加了23 kPa,有效内摩擦角则有轻微的减小;砂土中的钾长石、黑云母等硅酸盐矿物均产生了不同程度的分解破坏,X射线衍射谱图显示,微生物处理120 d后砂土中出现了新的高岭石衍射峰,表明胶质芽孢杆菌分解了黑云母和钾长石等硅酸盐矿物,产生次生黏土矿物高岭石,使砂土中黏粒含量增加。微生物分解硅酸盐矿物产生黏土矿物和胞外聚合物是砂土黏聚力提升的主要原因。营养物激励下矿物分解菌对硅酸盐矿物的风化作用对于改善砂土抗液化和抗渗流性能具有潜在的价值。

石膏钙源微生物固化/稳定化锌污染粉土试验研究

微生物固化/稳定化重金属污染土时,反应速率过快和高浓度盐离子对细菌活性的抑制作用是阻碍单次搅拌工艺应用的关键问题。采用低溶解度的石膏(二水硫酸钙)作为钙源,以钙盐掺量和锌污染浓度为控制变量,进行微生物单次搅拌固化/稳定化锌污染粉土试验,研究固化/稳定化锌污染粉土的强度、锌离子浸出浓度和形态的变化规律。试验结果表明,锌污染浓度为500 mg/kg的污染粉土固化强度较处理前提高了77.3%,锌离子浸出浓度较处理前降低了87.3%;固化/稳定化后,锌污染粉土强度大幅提升,重金属锌迁移性明显降低;固化/稳定化锌污染粉土中有碳酸钙、碳酸锌和碱式碳酸锌生成,碳酸盐晶体聚集形成多孔簇状团聚体。研究结果表明,基于石膏钙源的单次搅拌微生物矿化处理能够有效固化/稳定化锌污染粉土,具有良好的应用潜力。

P92钢脉冲电弧焊与GTAW-SMAW焊接接头微观组织及力学性能对比分析

【目的】旨在研究脉冲电弧焊对P92钢焊接接头微观组织和力学性能的影响,及其改善P92钢焊接接头力学性能的可靠性。【方法】采用脉冲电弧焊和氩弧焊(Gas tungsten arc welding,GTAW)-焊条电弧焊(Shielded metal arc welding,SMAW)制备相应的P92钢焊接接头试样,对焊接接头的微观组织、显微硬度、室温与高温拉伸性能、高温持久性能进行测试及分析。【结果】结果表明,脉冲电弧焊的焊接接头焊缝及热影响区微观组织较GTAW-SMAW工艺的焊接接头更细小,形成的热影响区更窄,微观组织中无明显的过热粗晶区,但从显微硬度分布可以分析出紧邻熔合线区域仍存在过热硬化区;脉冲电弧焊接接头与GTAWSMAW焊接接头的室温拉伸性能相近,高温拉伸性能略优于GTAW-SMAW接头;在650℃,100 MPa条件下,脉冲电弧焊接接头蠕变断裂寿命与GTAW-SMAW焊接接头相当,原因在于2种工艺接头热影响区中软化区的宽度相近,而软化区的微观组织和力学性能决定了整个接头的蠕变断裂寿命。【结论】通过对比2种焊接方法的P92钢焊接接头微观组织及力学性能,证明了脉冲电弧焊可作为P92钢焊接的备选方法。

变窗重建算法和自适应SegNet网络在地层层序划分中的应用

深度学习技术以批量处理数据、解释时间短、解释精度高等特点,为地层自动划分提供了新的方向。然而由于测井数据维度高、样本数量有限、相邻样本间特征相似等原因,深度学习存在着样本独立性与可靠性等问题。面对复杂的地下结构和不整合面,特别是在样本质量差、样本数量少的情况下,常规深度学习方法很难准确划分地层边界。考虑到测井数据属于小样本数据、数量有限且质量较差,不利于模型的训练和构建,因此拟采用可变窗口波形重建算法增加训练数据量,根据原始波形的特征生成重建波形,模拟不同速度下模型的波形特征,对部分原始测井数据进行人工分层重建,将重建后的数据作为训练样本输入到自适应可变卷积核尺寸的SegNet网络中,使用训练好的SegNet来解决复杂的地下结构问题。实验结果表明,采用自适应可变卷积核尺寸的SegNet网络可以在多个尺度上拟合地震数据中的断层和不整合面,达到更好的分割效果,且具有良好的识别效率和较强的鲁棒性。

碳中和导向下基于InVEST模型的城市生态空间系统评价研究

传统生态空间评价方法常常忽略土地利用变化所造成的生态碳汇变化,难以衡量生态空间对碳中和目标的影响和贡献。研究利用土地利用转移矩阵和景观水平指数等工具,建立了基于InVEST模型的城市生态空间系统评价方法,并以上海市为例进行了分析。研究发现,2000年到2020年上海市生态空间格局呈现破碎化发展,耕地面积占比从60%降至40%,生态空间总体碳汇量减少6.22%。从土地利用转化趋势来看,各地类稳定性由高到低排列依次为建设用地、水体和耕地、湿地、草地、林地。前述研究为碳中和导向下的生态空间规划和管控提供了参考基准和分析工具。

微生物注浆固化粉土矿化反应的沿程变化特性

加固土体不均匀是制约微生物注浆固土技术应用的重要因素。为揭示微生物注浆固化粉土时矿化反应过程沿渗流路径的变化规律,采用微生物一维注浆固化粉土试验,分析在不同渗径长度条件下,细菌生物量、pH值、离子浓度和碳酸钙生成量等矿化反应参数沿渗流方向的变化特性。结果表明,土体中的游离细菌生物量随着相对渗径长度增大呈指数衰减。孔隙液的pH值、游离钙离子和铵根离子浓度随相对渗径长度增大呈抛物线变化。固化土中胶结碳酸钙生成量随相对渗径长度增大而逐渐衰减,与游离细菌生物量线性正相关,并随胶结液浓度增大而增大。细菌生物量的沿程变化是影响微生物固土胶结物分布的根本原因。提出了以归一化相对渗径长度为基本参量的碳酸钙生成量沿程分布的预测公式,预测值与试验结果具有较好的一致性,可适用于不同渗径长度的微生物注浆固化粉土效果的预测。该研究能够为微生物注浆加固粉土地基的设计与施工提供参考。

玛湖凹陷砂砾岩储层分类与产能预测方法研究

准确的储层分类与产能预测对油气田高效勘探和开发部署规划具有指导意义。准噶尔盆地环玛湖凹陷南斜坡二叠系乌尔禾组砂砾岩储层岩性及物性非均质性强、砂泥砾混杂、黏土含量高、孔隙结构复杂、物性差,导致压裂改造后井间产能差异大,给试油及压裂选层带来困难,因此亟需建立砂砾岩储层分类与产能预测模型。结合地质录井、测井、试油等各类数据,提出了宏观流动系数、储层物性指数和储层压力厚度指数用于研究区的储层分类,建立了分类标准,将玛湖砂砾岩储层分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ类。分析了研究区砂砾岩储层产能的主控因素,综合储层物性指数和储层压力厚度指数,提出储层综合压力物性指数,并根据基于核磁共振测井资料以及常规测井资料的综合压力物性指数构建了储层综合量化评价指数,建立了其在不同储层类型下与采液指数的关系,对研究区储层进行了产能预测。试油结果验证了产能预测方法的有效性。

水平井分级分簇压裂后的产能预测方法

准噶尔盆地某区块水平井储层致密,非均质性强,采用分级分簇进行大规模体积压裂后投产产量差异大,产能影响因素的不明确使水平井产能评价成为难点。结合开发现状,按照地质与工程一体化的思路分析水平井产能的影响因素,明确优质甜点钻遇率,储层地质参数中的可动油孔隙度、岩石脆性、闭合应力以及压裂施工参数中的液量、加砂量、排量对产能影响较大。基于直井试油井资料,优选可动油孔隙度和岩石脆性构建储层品质指数对水平井段进行分段分级评价,考虑不同级别储层对产能的贡献以及闭合应力对压裂裂缝的影响,分别对储层地质参数及压裂施工参数进行归一化。在此基础上,采用多元线性回归的方法建立了水平井产能预测模型,模型参数易于获取,操作简单。经5口井的实际应用验证,预测产量与实际年产量平均相对误差为11.4%,证明该模型能够满足生产需要。

玛湖凹陷二叠系风城组页岩油储层微观孔隙结构精细表征

为了研究玛湖凹陷二叠系风城组页岩油储层微观孔隙结构,利用扫描电镜、核磁共振、高压压汞及低温氮气吸附4种手段对页岩样品开展实验分析,获取了不同实验方式下的微观孔隙结构特征和定量评价参数,分析了各实验方法在孔隙特征定性和定量评价上的利弊。在此基础上,利用二次拟合方法构建了孔隙结构的全孔径曲线,实现了微观孔隙结构全孔径联合精细表征。结果显示,风城组页岩油储层整体孔隙度低、孔隙类型复杂多样;样品的全孔径分布曲线呈多峰分布特征,孔径分布跨度大,60%的孔体积主要在孔径10~30nm的孔隙中,说明页岩样品的孔隙主要以小孔及微孔为主;在孔径小于30nm的区间内,孔隙大小与总有机碳(TOC)含量及黏土含量关系密切。上述研究结果为研究区页岩油储层微观孔隙结构评价提供了更为精确的方案。

基于短时受扰轨迹的电力系统暂态稳定评估方法

针对实时评估电网暂态稳定性的快速性和准确性的需求,提出一种基于故障清除后短时受扰轨迹和卷积神经网络的电力系统暂态稳定性的评估方法。该方法无需人工计算轨迹特征作为输入量,直接基于量测时序数据,利用深度学习模型的自主学习能力逐层提取隐含在短时轨迹的局部特征,构建短时受扰轨迹与稳定类别间的非线性映射关系,并引入考虑故障初期受扰程度的暂态稳定信息矩阵样本构建,以增强提取的局部特征的鲁棒性,提升模型的泛化能力,有效减少误判样本数,达到进一步提高准确率的目的。IEEE-39节点系统的仿真结果验证所提方法的有效性,并且所提方法的评估准确率比传统的暂态稳定浅层评估模型更加优越。

LCC-HVDC背靠背系统降低电网短路电流应用研究

随着电网规模扩大,短路电流超过开关遮断能力问题日益突出,目前常用的措施包括电网解环及分区运行、母线分裂运行、选用高阻抗设备等。但电网解环、分区、母线分裂运行削弱了电网供电可靠性,使输变电设备容量不能充分利用且可应用空间越来越小;高阻抗设备无法彻底解决短路电流问题还会降低系统稳定水平,增加网损。文中提出在短路电流超过开关遮断能力且无法通过更换开关或改变运行方式满足短路电流要求的变电站采用LCC-HVDC背靠背系统替代部分或全部交流变压器,既保证供电可靠性和供电能力又能有效抑制短路电流过大,以辽宁营口电网为例对该方案进行可行性研究和经济性分析,指出该方案在未来将有较大的应用潜力。

播种机组纯作业时间利用率与地块条件的匹配模型与试验

机械化播种作业是现代农业生产的重要环节,纯作业时间利用率是衡量播种机组作业效率的重要指标。该研究依据农业机组运行机理,在调查研究的基础上,提出季节时间利用率概念,确定了播种机组的作业时间构成,建立了播种机组纯作业时间、转弯时间、加种肥时间的计算模型和3种加肥方式下的播种机组纯作业时间利用率计算模型,明确各参数随地块面积、地块长度等条件变化的一般规律;以此为基础,在机组正常作业状态下,采用定距离多点多设备同步跟踪测的试验方法获取4种典型播种机组各类作业时间数据,并运用3σ原理剔除无效数据;依据所建模型及有效试验数据,采用Matlab 2012b对4种播种机组的纯作业时间利用率随地块条件变化规律进行模拟仿真,并采用Sigmaplot 12.5软件直观表达试验结果;进而探索了播种机组纯作业时间利用率随地块条件化的原因,确定了目标时间利用率条件下不同播种机组与其所适宜的作业地块面积和地块长度的定量关系:播种机组纯作业时间利用率大于0.6时,约翰迪尔7830机组适合作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 200~1 400 m;维美德171机组适宜作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 000~1 200 m;常发504机组适合作业的地块面积大于等于1 hm^2、地块长度为500~1 500 m;黄海254机组适合作业的地块面积大于等于0.3 hm^2、地块长度200~1 500 m。研究成果可为不同地块条件的播种机组选型提供定量依据。

微生物沉积碳酸钙胶结砂土力学特性及本构模型

为建立一个微生物固化土体的本构模型,分析研究了微生物固土机理,发现微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)过程中形成的碳酸钙所起作用主要是增强相邻土颗粒之间连接,增大土体刚度,使其在相同应变下可承担更高应力.故将微生物固化处理后的土体看成未处理的砂土(只考虑填充作用影响)和新产生的碳酸钙胶结两部分,分别进行计算模拟,而二者的刚度之和为处理后土体的总刚度.为了对MICP过程形成的碳酸钙胶结进行模拟,提出了一个临界状态计算模型,该模型包括胶结的屈服面方程、硬化规律和流动法则,将其与已有的砂土计算模型配合使用,可对各种微生物固化砂土体的应力应变特性进行计算模拟.将提出的本构模型理论计算结果与微生物固化土体的三轴压缩试验结果进行对比,结果表明,所提出的模型能够反映微生物固化土体的应力应变规律.

MICP固化粉土细菌的分布和固定规律研究

采用一维注浆方式对50 cm长柱状粉土试样进行微生物固化试验,通过测定孔隙液中细菌数量、NH+4浓度和pH、及固化土体中的胶结CaCO_3生成量等参量,分析注浆菌液配比和胶结液浓度对细菌与反应产物沿程分布特性的影响。结果表明,当注入浓度为1.223×108 CFU/mL的原菌液时,固定菌与游离菌沿柱状试样渗流方向沿程衰减显著,细菌主要分布于注浆端25 cm以内,提高胶结液浓度对试样碳酸钙生成量的影响主要集中在注浆端5 cm以内区域。当注入用营养液稀释的菌液(浓度8.20×106 CFU/mL)或用营养液稀释的上清液(浓度1.80×106 CFU/mL)时,孔隙液中细菌能快速繁殖增长且分布较为均匀,吸附菌和被拦截的游离菌共同组成固定菌,对土中碳酸钙的生成量产生影响,胶结液浓度的变化对碳酸钙生成量的影响较小。研究结果表明,微生物注浆加固粉土的均匀性主要受固定菌分布的均匀性控制,将菌液或上清液稀释后注入粉土能够使固定菌沿程分布均匀,可较好地改善固化土体均匀性。

主网在线安全态势及运行经验的获取方法

基于单一指标的主网在线安全态势(即安全水平及趋势)表征,便于运行经验的获取和积累,也易于"知识"建模。基于电网的有功路径映射弹性网模型,分析了主网静态功–角安全性特征;从适配性和抗噪性方面,选择并研究了量化指标的可行性,进而提出了基于摄动–安全态势感知的经验获取方法。分析发现,电网静态功–角稳定的充要条件是所有全路径都满足功–角稳定;分级电网(包括主网)的功–角安全性特征是,所有分级路径的长度(即相位角差)均衡且较短。研究表明,等效功角指标?eq(t)可量化主网的安全性特征,且在个别分级路径变长导致整体安全性变差时,具有良好的灵敏性;PMU测量误差不影响?eq(t)曲线的趋势,仅造成上、下微小偏移;?eq(t)表征的整体安全态势,对各种摄动(运行动作和扰动)具有正确、清晰的响应。该研究不仅具有现实意义,也为实现"智能电网"提供了一条有前景的探索途径。

考虑轴线偏差的钢顶管允许顶力计算方法

钢顶管轴向稳定性直接影响到允许顶力大小。若顶力控制不当,顶管可能发生轴向失稳破坏。顶进过程中的轴线偏差会降低轴向稳定性。为解决存在轴线偏差的钢顶管允许顶力计算问题,考虑管周土体的约束、管土摩阻力的共同作用,将钢顶管顶进过程中的轴线偏差作为初弯曲,建立并求解能量方程,获得了临界顶力荷载的解析解。结合实际工程,提出了根据容许轴线偏差量与管长共同确定初弯曲的方法,计算了不同初弯曲条件下的稳定系数与允许顶力。稳定系数与轴线偏差呈二次曲线关系,轴线偏差越大,顶管轴向稳定性越低,允许顶力越小。钢顶管施工过程中,应根据轴线偏差造成的不同初弯曲计算稳定系数与允许顶力,以控制顶管顶力,避免发生轴向屈曲。

可持续发展视角下的中国和印度能源发展对比研究

能源转型是全球落实联合国2030可持续发展目标过程中的重要议题,在发展中国家尤为突出。中国和印度作为世界上最大的两个发展中国家,面临着相似的能源转型挑战。本文利用能源发展指数(Energy Development Index,EDI)方法,从能源可获得性与可负担性两个维度衡量比较了中印能源发展利用情况。研究结果表明,印度能源发展在总体上落后于中国,其主要差距表现在能源价格与能源结构两方面。其中,印度能源价格呈增长态势,2010-2014年年均增速达9.6%;而中国能源平均价格整体呈下降趋稳态势(除煤气价格外)。同时,印度能源消费结构中的传统生物质能源占比较高,是中国传统生物质能源占比的6.6倍(2017年)。研究指出,从传统能源向可再生能源的转变是中印两国提升能源可持续供给能力和现代能源服务体系的重要途径,两国可以通过绿色技术合作共同解决能源可持续转型问题,携手实现全球低碳可持续发展目标。

微生物固化和稳定化铅污染粉土的强度与污染物浸出特性

微生物矿化修复重金属污染土场地可同步实现控制污染物与提高土体强度的双重目标。采用巴氏芽孢杆菌对铅污染粉土进行注浆固化和稳定化试验,以胶结液浓度、铅污染浓度为影响变量,分析污染粉土的固化强度特性,以及铅污染物的稳定化形态与浸出特性。结果表明:微生物固化500 mg/kg铅污染粉土的强度能够达到793 kPa,可交换态铅含量降至94.8 mg/kg;浓度为0.50~0.75 mol/L胶结液比更高浓度的胶结液有利于控制顶出液中铅污染物的流失;微生物固化和稳定化粉土中可交换态铅和碳酸盐结合态铅含量呈负相关关系。对于铅污染浓度低于500 mg/kg的粉土,在酸性浸提液下的毒性淋滤试验(TCLP)铅离子浸出浓度能够降至5 mg/L的限值内。方解石和铅-钙碳酸盐共沉淀形成的无定形团聚体是固化铅污染粉土的主要胶结物,铅污染物通过碳酸盐共沉淀、直接吸附、碳酸钙包裹等形式实现稳定化。物理破碎能够使部分包裹稳定化的铅污染物二次释放。微生物注浆处理能够有效提高铅污染粉土的强度,大幅降低污染粉土中可交换态铅的占比,对铅污染物有良好的稳定效果。

微生物固化垃圾焚烧灰渣强度试验

垃圾焚烧灰渣(底渣和飞灰)是生活垃圾焚烧发电后的残余固体废弃物,对其进行固化处理和资源化利用是减少该类固体废弃物占用填埋场资源的重要途径。笔者利用微生物诱导碳酸钙沉积固化细粒底渣和飞灰,通过微生物注浆试验研究菌液浓度、胶结液浓度和处理轮数对垃圾焚烧灰渣胶结CaCO3生成量及强度的影响。结果表明,底渣和飞灰都具有一定的水硬性,其水硬固化体的无侧限抗压强度分别为174.46和381.73 kPa。底渣经微生物注浆处理2~10轮后的无侧限抗压强度较水硬固化体分别提高了35.8%~120.0%,飞灰经微生物注浆处理2~10轮后的无侧限抗压强度较水硬固化体则分别提高了9.5%~48.8%。随胶结溶液浓度的增大,微生物固化底渣和飞灰中的CaCO3生成量和无侧限抗压强度提高,但试样的可注性降低。稀释比1∶50、菌液比1∶100的菌液更利于底渣和飞灰胶结强度的提高,未稀释菌液固化效果差。与微生物固化天然砂土和粉土相比,微生物固化底渣和飞灰的无侧限抗压强度随CaCO3含量增加的增幅较缓,微生物固化垃圾焚烧灰渣的胶结效率略低。试验结果证明,微生物固化能有效改善垃圾焚烧灰渣强度的特性,微生物诱导碳酸钙沉积技术在垃圾焚烧灰渣固化处理方面具有一定的发展潜力。

微生物诱导矿化加固粉土坡面的径流与侵蚀特性

微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)是一种微生物矿化过程,能够胶结松散土体。将其应用于加固土体坡面提高抗降雨侵蚀能力具有潜在的发展前景。通过模拟降雨冲刷试验,对微生物诱导矿化加固前后粉土坡面的径流水动力与侵蚀特性开展研究,分析和讨论了水动力参数之间的相关性以及对土壤剥蚀率的影响规律。结果显示,加固后与加固前相比,粉土坡面径流的弗劳德数平均下降50%;在降雨前期的阻力系数平均下降66%,径流稳定后二者阻力系数接近;径流剪切力平均提高52%。径流系数与坡面入渗速率呈线性负相关(R^(2)=0.857),与加固层的贯入强度呈指数负相关(R^(2)=0.824);入渗速率与加固层的贯入强度呈二次负相关(R^(2)=0.930);径流剪切力与坡度呈指数正相关(R^(2)=0.964)。加固粉土坡面的剥蚀率与加固层的贯入强度呈指数负相关(R^(2)=0.822),与径流剪切力线性正相关(R^(2)=0.912),临界径流剪切力为0.5 Pa。对于坡度10~25°的粉土坡面,微生物加固能将其剥蚀率从58.2~118.4 g/m^(2)s降至2.4~21.2 g/m^(2)s,剥蚀率最大降幅可达95.0%。粉土坡面经微生物诱导矿化加固后,水动力参数值发生显著变化,径流特性与水动力参数、加固层特性及坡度相关,坡面的抗冲刷侵蚀性能得到有效提升。