高速公路路基长期THM耦合模拟性能研究

为准确掌握多场耦合作用下寒区路基长期使用过程中冻胀变形规律,基于路基实际工程地质情况,通过建立THM耦合模型,使用COMSOL软件对路基长期使用性能进行预测。结果表明:经过十年左右路基结构基本达到稳定状态;路基温度变化随着深度的增加呈现明显的滞后效应,在路基达到稳定之前,路基的高低温峰值逐年减小;路基融沉位移小于冻胀位移,且两者逐年递增,另外路中位移大于左右路肩位置;路基冻结深度在非稳定期内增加了80%左右。

利用FT-IR、Py-GC/MS和THM-Py-GC/MS微损分析技术探索油画文物复杂的有机基质组成

近现代油画有机基质组分复杂、难辨,其分析鉴定是当今文物保护科技研究的难点之一。利用微损分析技术研究油画文物复杂的基质结构、材料和技法,可以阐明油画特定层的性质和状况,对于专业保护人员制定修复决策至关重要——这对选择正确修复技术非常有用,关系到修复后油画的安全状态,因此已成为许多研究者关注的焦点。本研究利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热裂解气相色谱-质谱(Py-GC/MS)和热辅助水解甲基化-裂解气相色谱-质谱(THM-Py-GC/MS)等微损分析技术对一幅中国国家博物馆藏油画《德涅泊尔河的秋天》进行科技分析。研究发现,综合运用这些微损分析技术可以有效识别油画用的胶结介质和其中添加剂的种类,最大限度、准确、完整地提取样品中所蕴含的信息。结果表明,该油画的有机胶结材料为聚乙烯醋酸酯类材料和亚麻籽油,同时聚乙烯醋酸酯类材料中使用了邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂。裂解产物中不含光油树脂类成分,说明画作下部的光亮层并非作者有意上的光油层。此外,油画部分区域还添加了蜂蜡作为改性材料,起到增加颜料稠度、可塑性和减弱光泽的作用。

季节性非饱和冻土地温监测及冻胀特性THM耦合模拟

季节性冻土的冻胀融沉影响当地建筑物与构筑物的结构安全,找到地温随时间的变化数据可推算时间域内冻胀融沉对地面建筑的影响规律.以大庆市非饱和冻土为例,基于热传导理论和非饱和土渗流理论,在原位地温监测数据的基础上,建立了冻土的含相变过程的热-流-固(THM)三场耦合数值模型.通过数值模拟结果与实测结果的比较验证了冻土模型的准确性.结果表明:地温随地表温度呈延时周期性变化,在地面以下2.0 m以内,深度每增加0.5 m,温度波峰和波谷日大约推迟30 d;冻结期持续时间影响冻结深度,从而对当地土的周期性冻胀量起决定性影响,冻结期内土的每年最大冻胀位移为30.0 mm左右,冻结期结束后地面高度将快速恢复到冻结期之前的水平,季冻区冻胀融沉敏感性建筑物及构筑物的基础施工时间选择在冻结期结束后2个月至冻结期开始前,可有效减少冻胀融沉危害,大庆及其他类似季节性冻土地区的土壤冻融和冻融过程中的水热迁移研究可作为借鉴.

THM耦合条件下CO_(2)地质封存注入方案优化研究

我国首个GCS示范工程神华多储层场地出现了单储层吸气量剧增的现象,在其原设计方案下,压缩后变冷的CO_(2)被注入至深部高温含水层中,引起首层含水层中流体压力和温度应力急剧变化,从而导致大量裂隙产生,增加了单储层的可注入性的同时,降低了系统总体封存能力,并带来了泄露风险。本文基于TOUGH-FLAC三维多相多组分THM耦合数值模拟程序,开发了场地尺度岩体开裂模块来研究CO_(2)注入方案对目标含水层耦合特性和开裂特性的综合影响,并设计了定速率、先增速后定速、间歇定速、间歇变速、二次变速等多类型注入方案,分别计算分析了储层岩体的热力学特性、多相流特性与开裂情况。结果表明:设计方案下含水层产生了较多的开裂现象,是导致其可注入性增大的根本原因,持续注入CO_(2)引起含水层岩体中有效应力大幅度降低,渗透率增加,定速率方案产生的温度应力最小,在设计各类注入方案中,定速率注入方案下储层的裂缝发育最少。

增强型地热系统热-水动力-力学(THM)耦合模拟——以河北马头营凸起区为例

增强型地热系统(EGS)的裂隙热储层在长期开采过程中,由于不断地提取高温干热岩体的热量,致使高温花岗岩岩体温度下降,进而诱发岩体产生二次破裂,甚至出现流体短路,降低地热系统开采效率。为了保证EGS热能的稳定提取,需要建立试验场地的热-水动力-力学(THM)耦合模型,分析水动力和热效应对该储层裂隙发育规律的影响。本文基于河北马头营凸起区EGS开发场地的循环注水试验数据,建立场地热-水动力-力学耦合模型,通过模型模拟结果与现场观测结果进行比较,先验证了THM耦合模型的准确性,然后利用校正后的模型预测了不同注入方案下,EGS储层渗透率的提高和增产带的空间范围,揭示了储层裂隙增产带的范围受温度、压力、注入速率的影响情况。结果表明:经过63 d的增产处理,该模型预测的增产层体积约为10万m^(3);提高注水压力能刺激现有的裂隙发生剪切性破裂,拓宽增产带的区域;减小注水的温度有助于提升流体的穿透能力,扩大储层的增产带;在水力压裂的开始阶段,适当利用冷水注入有利于提高储层渗透率,且提高注入速率会使储层增产带的范围扩大。

污水厂二级出水中THMs前体物卤代活性荧光光谱分析

通过分析城市污水处理厂二级出水中溶解性有机物(DOM)及其XAD树脂分级组分的荧光光谱,研究了DOM的结构特性以及DOM中的THMs前体物在加氯消毒过程中的反应特性与荧光强度之间的相关性.三维荧光光谱显示DOM分级组分中均存在富里酸类、腐殖酸类、芳香性蛋白质类及微生物沥出物类荧光特征峰,且以芳香性蛋白质类和富里酸类荧光物质为主.荧光光谱区域积分法(FRI)定量分析结果表明,4类荧光物质在DOM各分级组分中的累计荧光强度(ΦT,n)分布与其在二级出水中的分布趋势较相似,总体上呈现疏水性有机酸(HPO–A)>过渡亲水性有机酸(TPI-A)>过渡性亲水性中性物质(TPI-N)>疏水性有机中性物质(HPO-N)>亲水性物质(HPI).此外,ΦT,n与单位浓度DOC在紫外254nm处的吸光度值(SUVA)及三氯甲烷生成活性(STHMFP)有较好的相关性,但与DOC相关性较差.同步荧光光谱结果表明,在单位DOC条件下,总DOM中稠环类芳香性物质的含量高于DOM各分级组分,而DOM各分级组分中稠环类芳香性物质的含量少于腐殖酸类物质的含量.

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。

岩石破裂过程THMD耦合数值模型研究

从岩石的细观非均匀性特点出发,应用损伤力学、热力学和渗流力学理论,建立了岩体热(温度)-水(渗流)-岩(应力)-损伤耦合数值模型(THMD model),把岩石(体)THM耦合问题的研究从应力状态分析深入到损伤、破坏过程分析之中。探讨了THM耦合作用下岩石材料的细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化机制,并运用所提出方法计算温度-渗流-应力耦合作用下井筒近场围岩的稳定性,模拟得到的岩体破坏过程、应力分布、AE特性及渗流特性变化与现场标定结果有着一致的规律性,初步证明了该数值模型的合理性和有效性。THMD模型以简单的数值模型表征了岩石(体)中热、水、岩及损伤之间复杂的作用关系,为从细观损伤演化揭示宏观岩体温度-渗流-应力耦合破坏机制提供了一种新的数值分析方法。

等效裂隙岩体THM耦合并行有限元程序开发

为了解决计算精度与计算时间之间的矛盾,针对三场耦合问题,根据区域分解策略,采用预处理共轭梯度法进行方程组的并行求解,利用mpi+f77编制主从式并行有限元计算程序,并在河海大学高性能计算机群上进行调试及计算,通过算例计算,显示并行计算可大幅节省计算时间,未来必会得到更广泛的应用。

高放废物处置中的THM耦合理论及分析

高放废物处置研究是非常重要和必要的,其处置形式的选择是处置安全的重要因素之一,相应处置结构的物理力学特性研究是决定高放废物处置形式的重要依据。在介绍高放废物处置形式的基础上,提出高放废物处置的相关研究课题,紧接着阐述高放废物处置中THM耦合理论,膨润土的土水特征曲线不仅相关于外部施加应力、蒸汽压力、水压力,而且也相关于温度;在考虑气体在压力作用下的传播、气体在水中的溶解和气体的凝固等影响下,建立气体和液体中的水量守恒方程;在考虑敏感热流和潜热流影响下,建立能量守恒方程;将所有的方程写成有限元和有限差分计算格式;最后编制一维计算程序。计算结果对在花岗岩体中决定高放废物储存洞室之间间距具有借鉴作用。

岩体THM耦合应用研究现状综述

对岩体THM耦合研究现状进行综述.从THM耦合机理分析入手,结合国内外试验成果,对裂隙岩体耦合模型、方程求解等几个方面进行总结,最后对后继研究提出了几点建议:耦合机理研究方面,需要对温度场、渗流场、应力场各场之间耦合影响的大小进行研究,而大裂隙中的THM耦合值得注意;在耦合机理的验证方面,需加强室内或现场试验;在耦合计算方面,应开发程序,而采用高性能计算是一个较好的发展方向.

土壤中三卤甲烷(THMs)前驱物质流出的规律

通过室内模拟淋溶实验 ,初步探讨了以三卤甲烷生成潜能 (THMFP)为指标的土壤三卤甲烷前驱物质的流出规律 .结果显示 :土壤淋出液中THMFP的浓度与土壤性质特别是土壤中腐殖质含量、组成与卤代活性 ,模拟雨水的酸度及累积淋溶量等有关 .土壤中所含腐殖质的量越大、腐殖质的卤代活性越高且溶解迁移能力越强 ,则淋出液中THMFP的浓度越大 ;酸度最低 (pH3 0 )的模拟雨水淋洗下 ,淋出液中THMFP的浓度最低 ;模拟雨水的pH值愈低 ,土壤THMFP愈易流出 ;本实验条件下 。

开挖损伤区近场模型THM耦合过程的BMT模拟

以正在进行的大型国际合作项目DECOVALEX-THMC为背景,利用自行开发的弹塑性细胞自动机模拟系统,对开挖损伤区近场模型域进行程序校验(BMT)模拟研究,揭示高放废物从处置开始直至1×106a的演化过程中,裂隙的存在对开挖损伤区力学性能的影响。首先进行的是弹性分析,研究对象包括开挖损伤区近场均质模型和包含复杂裂隙网络的非均质模型域,该裂隙网络是瑞典?sp?硬岩实验室根据裂隙映射得出的真实裂隙网络分布。引入简单的弱化参数表达式,用弱化元胞单元来代表模型中的复杂裂隙网络,以模拟裂隙的软化效应。采用项目指导委员会提供的随时间变化的温度、应力、水流边界条件,模拟地质围岩从开挖、核废物处置、加热100～1×106a的力学演化过程。模拟结果显示,裂隙的存在对应力场、变形场和破坏过程有较大的影响,并将模拟的结果与国际上其他研究小组的模拟结果进行对比,吻合较好,说明该模型和方法的合理性,并可适合于该项目下一步的研究工作。在此基础上,采用弹塑性细胞自动机模拟系统,对裂隙网络模型和均质模型进行弹塑性破坏过程分析,结果表明,由于裂隙的存在,裂隙网络模型的破坏过程更加复杂。

饮用水中THMs的形成及国外常用控制方法简介

THMs是影响饮用水安全的重要指标之一。本文分析了传统饮用水处理工艺中THMs产生的主要原因,并简要介绍了目前国外常用的控制THMs的方法以及这些方法在应用中的优缺点。

裂隙岩体介质THM耦合问题中的渗透特性研究

在前人就热、液、力三因素各自影响裂隙岩体渗透特性的研究和本文所进行的温度及附加应力作用下单裂隙岩样实验的基础上,综合分析了裂隙岩体THM耦合过程,以裂隙结构面的开度、岩体裂隙数(包括受温度影响开通裂隙数)、裂隙连通率、附加应力、剪切膨胀为研究对象,建立具有THM耦合特性的裂隙岩体渗流系数张量。

核废料贮存裂隙岩体中THM耦合过程的有限元分析

本文首先给出了核废料贮存裂隙岩体中THM耦合作用的数学模型,然后用加权残数法,建立了以结点位移、水压力和温度为求解量的有限元计算格式,提出了数值模拟渗流、附加应力和热载耦合作用的有限元分析方法,最后给出了一个BMT1问题的算例。

溴化物与不同消毒剂的反应及对THMs生成势影响的研究现状

水处理氯化消毒过程中产生THMs副产物的问题已得到人们的普遍关注 ,在人们对用水质量要求日益提高而同时水污染问题又日益突出的今天 ,生产安全可靠的饮用水已成为社会的迫切要求。文章对源水中溴化物与不同消毒剂在氧化消毒过程中的反应并形成THMs类有害副产物的潜势进行了分析 。

表面改性活性炭对饮用水中THMs吸附性能研究

通过对活性炭的表面改性 ,并对氯化消毒后的高色度水进行吸附处理 ,可使其三氯甲烷 (THMs)的含量降低到 4 4 μg/dm3 ,达到国家生活饮用水质标准。

基于THM注水地层数学模型建立及仿真

利用应力-应变理论、达西定律和热传导理论,从岩体变形、流体压力以及温度改变三个方面研究入手,研究注水地层的应力变化。利用温度场、渗流场和应力场三者之间耦合关系,建立了注水地层相应的控制方程。通过有限元分析软件对注水地层进行有限元仿真模拟,并为后续套管损坏研究提供了可靠的理论依据。