高地应力软岩隧道仰拱结构受力特性与参数优化

为探索高地应力软岩隧道施工期间仰拱结构受力特性与合理支护参数,以陕西省宝汉高速公路连城山隧道工程为依托,针对仰拱施工病害及其主要影响因子,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,探讨了不同影响因素下的仰拱结构变形与力学响应,分析了仰拱结构变形与受力对不同影响因素的敏感性,基于仰拱结构病害特征及数值模拟结果,对仰拱半径(深度)、仰拱厚度等支护参数进行了优化,并进行了工程验证。结果表明:连城山隧道施工期间仰拱二次衬砌最大接触压力达1.034 MPa,混凝土最大应力超过其抗压强度(30 MPa),出现了仰拱回填隆起、开裂等病害,仰拱设计支护参数难以保障结构稳定;地应力水平和基底围岩劣化对仰拱结构变形与受力状态均有显著影响,其中基底软化深度的影响最为突出,地应力水平次之;减小仰拱半径、增大仰拱厚度、增大仰拱钢筋直径、减小仰拱钢筋间距均能显著抑制仰拱变形,而提高混凝土强度等级对控制仰拱变形效果不明显,且经济性较差;优化后的仰拱受力得以明显改善,有效控制了仰拱结构病害,避免了频繁拆换仰拱,保障了隧道结构安全稳定。研究成果可为类似软岩隧道仰拱变形控制及病害防治提供重要借鉴。

济阳坳陷页岩油注二氧化碳开发技术

围绕页岩油注CO_(2)开发存在的问题,通过室内实验、数值模拟与压裂工艺相结合的方式,开展了页岩油注CO_(2)萃取置换机理、CO_(2)前置液对页岩力学性质影响的室内实验,模拟了CO_(2)前置压裂和吞吐补能对开发效果的影响,并将成果应用于CO_(2)前置压裂和单井吞吐矿场实践。研究表明:CO_(2)吞吐作用效果受微纳尺度效应及干酪根、吸附油存在等的影响,适当延长焖井时间可提高原油动用程度。在CO_(2)“注、焖”阶段,CO_(2)通过溶解扩散和传质作用提高重烃的动用程度,在CO_(2)“吐”的阶段,CO_(2)主要将较大孔隙中的原油排出至周边更大的孔隙或层理缝中流入生产井。注入CO_(2)前置液有助于保持岩心脆性,降低破裂压力,CO_(2)易沿层理面滤失,从而提高裂缝复杂程度。前置CO_(2)注入量增加会提升增能效果,从而增强地层能量的补充作用。页岩基质渗透率越低、地层压力越低、原油重烃含量越高,注CO_(2)吞吐开发后,采收率提高幅度越大。矿场实践表明,CO_(2)前置压裂后压力保持良好,单井CO_(2)吞吐后可有效补充地层能量,提高单井产能,效果良好。

循环张拉作用下新型多节泡土钉抗拔性能现场试验研究

新型多节泡土钉具有拉拔硬化特征,相比传统土钉,其在土质边坡中抗拔性能更优。为了探究实际工况条件下新型多节泡土钉的边坡加固性能,并与传统土钉进行比较,开展7组新型多节泡土钉及传统土钉现场循环张拉试验,研究注浆工艺、节泡间距及埋深对土钉抗拔力及其发挥速率的影响规律,进而探明了每一循环下土钉弹、塑性拉拔位移占比,并分析其内在机理。试验结果表明:循环张拉作用下,注浆工艺对土钉的抗拔力影响显著,采用改进式压密注浆工艺和直接压密注浆工艺的土钉抗拔力远远超出传统注浆工艺,且初期的拉拔硬化现象更明显。采用改进式压密注浆工艺的土钉抗拔力发挥速率最快,直接压密注浆工艺次之,传统注浆工艺最小。从总体趋势上看,新型多节泡土钉抗拔力发挥速率在降低,传统土钉抗拔力发挥速率在升高。采用改进式压密注浆工艺虽然不能提升土钉弹性拉拔位移的占比,却能显著提高极限抗拔力;节泡间距对多节泡土钉抗拔力和抗拔力发挥速率影响较小,主要受到土钉周围土体强度的影响;埋深影响多节泡土钉的极限抗拔力,埋深越大,极限抗拔力和初始抗拔力发挥速率越大,同时抗拔力发挥速率随拉拔位移递减的趋势也更加明显。研究成果对提高新型多节泡土钉加固性能和优化工程应用提供指导。

成都平原浅层天然气高瓦斯隧道抽排性能评价

针对浅层天然气工区高瓦斯隧道盾构施工难的问题,借助工程实例,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,分析了成都平原浅层天然气抽排性能的影响因素,确定了研究区的有效抽排半径和抽排时间。结果表明,当裂隙渗透率为39 mD、瓦斯压力为0.31 MPa时,研究区浅层天然气高瓦斯工区的有效抽排半径为5 m、抽排时间为60 min,与煤层瓦斯的抽排参数差异巨大;抽排负压对抽排流量影响较大,对有效抽排半径影响较小;抽排流量和有效抽排半径与地层初始渗透率的变化呈现正相关关系。

中深层地埋管热泵供热系统运行特性实测研究

通过大量工程实测研究,总结了中深层地埋管热泵供热技术的运行特性。中深层地埋管具有出水温度高、取热功率大、长期运行稳定的特点,为热泵系统提供了高品位的低温热源,以提升其运行性能;同时中深层地埋管自身存在间歇蓄热特性,能很好地满足建筑供热需求变化与柔性用能;无级变频热泵机组更适合与中深层地埋管匹配运行,节能减排效果显著;热源侧水系统具有小流量、大扬程,且阻力随着流量变化而大幅度变化的特性。研究结果可为提升该技术的供热性能提供关键指导。

重载铁路双柱式桥墩加固技术优化研究

为探索基于性能提升的桥墩加固优化设计方法,以重载铁路中数量较多的分离式双柱式桥墩为对象,基于数值模拟分析和桥墩加固运营性能试验,开展3种常用方法加固条件下的桥墩静力性能对比分析和动力性能对比试验研究,并进行加固技术优化研究.结果表明,设计荷载作用下,墩身外包加固抑制墩顶水平位移效果较好,而"增大基础和增补桩基"组合加固则能有效减少基底截面应力;运营列车作用下,3种方法加固条件的墩顶横向振幅较加固前均有不同程度降低,但也有部分桥墩受施工等因素影响出现振幅增大的情况.采用优化提出的"增大基础+增补桩基+墩身外包"三重加固法,墩顶横向振幅降低幅度超过50%,能够很好地满足重载铁路双柱式桥墩强化改造需求.

重载列车编组与运行对双线桥动力响应的影响

研究目的:为研究重载列车编组与运行对双线桥梁动力响应的影响,以朔黄重载铁路线上一座32 m预应力混凝土双线简支T梁为研究对象,建立重载列车-轨道-桥梁耦合有限元模型,并通过现场试验验证有限元模型的准确性,研究重载列车通过双线桥梁时的动力响应,分析重载列车不同编组方式、重载列车双线对开运行等因素对双线桥梁动力响应的影响规律。研究结论:(1)动力响应计算结果与实测值吻合较好,表明所建立的重载列车-轨道-桥梁耦合有限元模型的可靠性高;(2)重车编组对桥梁的位移响应和动应变影响最大,对加速度的影响最小;空车编组对桥梁的加速度响应最大;空重混编次之,其中重车在前空车在后的混合编组对空车的位移响应影响较大,可能引起空车脱轨;(3)重车空车双线对开运行下桥梁的动力响应随着车速的提高而增加,与重车单线运行下桥梁的动力响应规律相似;在相同车速下,双线对开运行下桥梁的跨中竖向动力响应峰值均比重车单线运行下略大,而横向动力响应峰值比重车单线运行下小;(4)当重车与空车入桥距离差值为车体长度的整数倍时,桥梁的动力响应峰值与重车空车同时上桥时基本相等;当入桥距离差值为车体长度一半的整数倍时,桥梁的动力响应峰值有所降低;(5)本研究成果可为新建重载铁路双线桥梁的设计提供参考。

地下隧道竖向疏散现场试验研究

近年来,隧道的疏散设计中普遍应用竖向疏散模式,但该模式的安全性缺少真实试验数据支撑和验证。为探究隧道竖向疏散模式下的人员疏散行为特征及关键参数,采用现场试验的方法,在某隧道内搭建火灾时的交通堵塞场景,组织188名参与者(109名男性,79名女性)开展大规模人群疏散研究,针对人员疏散时间、疏散行走速度、疏散楼梯人员通行能力、疏散楼梯盖板开启时间等参数进行分析。研究结果表明:1)隧道火灾时,人员疏散受到隧道熟悉度和疏散引导的显著影响,在紧急疏散过程中更容易发生拥堵,疏散引导可极大地改善人员的出口及路径选择,提高疏散效率。2)交通堵塞状态下,人员疏散行走速度因隧道熟悉度的提高和疏散引导而显著提高。行车道上,男性和女性的平均速度分别由1.38 m/s、1.39 m/s提高至1.94 m/s、1.99 m/s。但在下部安全疏散通道内,参与者出现懈怠和放松的情绪,平均疏散行走速度会略有降低。应考虑在疏散通道内设置一些警示标志以督促引导人员疏散。3)入口宽度为1.09 m的疏散楼梯的最大人员通行能力为38人/min;男性参与者开启楼梯盖板的平均时间为7.5 s,女性参与者开启楼梯盖板的平均时间为12.6 s,相比于女性,男性参与者更容易打开楼梯盖板。研究结果可为隧道疏散逃生方案设计、运营管理提供真实试验数据参考,提高隧道防灾疏散水平。

北京地铁盾构隧道渗漏病害成因及对管片结构的影响研究

为揭示城市盾构隧道渗漏病害的形成机制,对北京地铁部分盾构隧道渗漏病害的主要类型、位置及程度进行统计分析。通过现场检测、地质雷达及内窥镜探测等手段,探究盾构隧道渗漏病害机制及成因,并通过数值模拟研究管片接缝渗漏时的地层变形规律及管片结构内力特征。研究表明:1)盾构管片接缝渗漏为主要的盾构隧道渗漏类型,占比超过60%,渗漏发生的位置集中在拱顶,以滴漏为主。2)盾构隧道渗漏水的主要内因是管片接缝处的不均匀变形,主要外因是地下水迅速升高导致存在渗漏隐患的隧道位于水位以下;同时,隧道周边地层更易形成富水体,增大了隧道渗漏病害的发生概率。3)盾构管片接缝处渗漏位置越靠近拱底,渗漏越严重,渗漏附近地层孔隙水压力消散的数值、最终达到稳定时的地表沉降越大。4)接缝局部渗漏导致的管片结构椭圆化变形较小,更易使结构出现向下且倾向渗漏点位方向的偏移;另外,渗漏位置变化相比渗漏程度对管片结构内力的影响大。

CO_(2)快速吞吐提高页岩油采收率现场试验

页岩油注CO_(2)吞吐提高采收率技术处于探索阶段,目前面临着CO_(2)与页岩储层及流体相互作用机制不明确、数值模拟技术不成熟、缺乏规模注采及低成本回收工艺等技术难题。为探索页岩油注CO_(2)提高采收率主控机理,以苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组二段页岩油为对象开展了超临界CO_(2)水岩反应实验,分析了高温高压条件下页岩矿物溶蚀作用及其对孔隙度和渗透率的影响,并通过注CO_(2)恒质膨胀实验、最小混相压力测试评价了地层超压条件下注CO_(2)后原油高压物性变化特征,并在此基础上开展考虑多因素数值模拟研究优化了设计注入参数,最终通过矿场试验验证了技术可行性。研究结果表明:(1) CO_(2)水岩反应以碳酸质矿物溶蚀占主导,长英质矿物部分溶解,生成中大孔隙;(2)在地层原油中注入适量的CO_(2),显著萃取了原油中间烃组分,原油黏度从5.151 mPa·s下降到1.250 mPa·s,且CO_(2)首先萃取轻烃组分,随生产时间增加萃取组分逐渐变为重烃;(3)基于人工压裂与天然缝网混合介质组分数模模型,优化设计单井吞吐注气量1.7×10~4 t,注气速度500~600 t/d,焖井时间50 d;(4)低压侧加热的页岩油CO_(2)吞吐地面工艺,可依据CO_(2)注入地面工艺多参数数据模型,实现精准控温,避免注入管线冻堵及井下油管和套管材料低温脆断问题;(5)产出气CO_(2)浓度高于80%时,采用气相回收直注工艺,实现产出气回收成本降至104元/t。结论认为,CO_(2)快速吞吐有效提高了页岩油采收率,形成的机理认识和技术系列可为页岩油注CO_(2)吞吐开发提供参考和借鉴。

以声场测听方法评估插入式耳机和头戴式耳机的衰减值

目的研究在声场测试中,头戴式耳机和插入式耳机对不同频率声音的衰减作用。方法选取40名健听人,在声场条件下测试双耳裸耳听阈及双耳分别佩戴头戴式和插入式耳机双耳听阈,耳机均不给声。比较在声场条件下不同类型耳机对不同频率声音的衰减作用。结果头戴式耳机在0.25~8 kHz每倍频程的声音衰减值分别为6.13±2.40 dB HL、7.00±3.36 dB HL、12.50±3.92 dB HL、18.75±5.03 dB HL、28.25±6.56 dB HL、17.50±5.99 dB HL;插入式耳机在0.25~8 kHz每倍频程的声音衰减值分别为16.88±5.27 dB HL、18.13±5.27 dB HL、22.38±4.08 dB HL、31.25±4.49 dB HL、36.13±5.49 dB HL、35.50±6.68 dB HL。结论两种不同类型耳机对不同频率声音的衰减均有显著效果,对声音的衰减值随着频率的升高而增加,在1~8 kHz范围内效果更显著,插入式耳机的衰减效果明显优于头戴式耳机。

长岭断陷龙凤山气田致密凝析气藏CO_(2)吞吐效果评价

长岭断陷龙凤山气田致密凝析气藏产量递减快,采出程度低,为了减弱近井地带反凝析污染现象和凝析油采出困难的开发难题,通过数值模拟方法和注CO_(2)吞吐实验,分析评价CO_(2)吞吐效果,探讨提高气井产量和气藏采收率的方法。结果表明:与注干气吞吐相比,致密凝析气藏注CO_(2)吞吐更能较为有效地解除反凝析污染;气井反凝析分为反凝析初期(对生产基本无影响)、反凝析加重(对油生产有影响)、反凝析严重(对油气生产影响大)、极端反凝析(几乎不出油)共4个阶段;不同反凝析特征阶段的气井CO_(2)吞吐机理和目的不同,CO_(2)吞吐参数应当相应优化。现场实施表明,注CO_(2)吞吐的5口井在吞吐前处于不同的反凝析阶段,吞吐后取得了快速增加地层能量、解堵近井地带反凝析污染、提高注入能力、增加凝析油和天然气产量等效果。研究成果可为CO_(2)吞吐技术在致密凝析气藏的规模应用提供了经验。

考虑冠梁的桩锚支护边坡试验与数值模拟

以兰州港务区桩锚支护边坡实例为依托,通过无线自动化监测与有限元软件数值模拟相结合的方式,研究桩锚支护在未设冠梁(填土过程)阶段和设置冠梁(运营期间)阶段的支护结构内力与边坡稳定性的变化规律.结果表明:在未设冠梁阶段,随着填土高度的增加,桩身弯矩、锚杆轴力和边坡位移逐渐增大;冠梁设置后,可有效地减小桩身弯矩和锚杆轴力并且对桩顶附近土体有较强的约束作用,对边坡顶部位移的约束效果最为显著,边坡位移的影响从坡顶至坡底逐渐减小,也明显地提高了边坡的稳定性;随着运营期内支护结构与边坡土体应力的相互调整,两者的内力与位移趋于平稳变化.该试验可为西北黄土地区桩锚支护边坡的设计、施工和监测分析提供有益的参考.

草莓大棚开沟起垄刀具数值模拟与工作参数响应面优化

草莓种植要求采用高垄栽培,为了提高开沟质量,现有开沟刀具一般是将旋耕刀具的刀身部分进行简单加宽处理。由于这种改进缺乏设计依据,当前的草莓大棚开沟刀具普遍存在作业质量不高和能耗较大的问题。为了进一步提高草莓大棚开沟刀具的性能,采用LS-DYNA软件建立了开沟刀具土壤旋抛数值仿真模型,并搭建田间实时试验装置,对仿真模型进行了分析验证。在此基础上,采用Box-Behnken响应面分析方法,以刀辊扭矩和残留粒子比例为响应值,建立了刀辊前进速度,刀轴转速和开沟起垄深度的二次回归模型,并对其进行优化。优化结果表明:前进速度0.38 m·s^(-1)、刀轴转速300 r·min^(-1)、开沟起垄深度300 mm,以此参数进行田间试验得到的扭矩为27.9 Nm,模型优化预测结果与田间试验相比相对误差小于5%,验证了优化模型和结果的可靠性。提出的新型的开沟刀具参数化设计方法可为大棚草莓开沟机具的设计优化提供参考。

工业电子雷管在拆除爆破中的应用

近年来,工业电子雷管的产量总体保持高速增长,主要应用于露天土岩和隧道掘进爆破领域,在拆除爆破领域的使用量不足5%。为分析工业电子雷管在拆除爆破应用过程中存在的问题,结合拆除爆破工程案例,发现逐发扫描录入雷管的效率较低,需提高工业电子雷管起爆系统单台起爆器的起爆能以及扫描录入雷管和连接卡扣的效率。结合大规模工业电子雷管起爆网路试验,发现工业电子雷管起爆网路的传爆可靠性较高,雷管的报错率为0.03%~0.07%,拒爆率为0.02%;通过扫描盒条码录入雷管,可显著提高连网的操作工效。在拆除爆破工程中,需要根据结构的倒塌运动过程合理设置构件的起爆时间,根据工程规模定制合适的盒包装雷管数量,从而提高工业电子雷管起爆网路的适用性。

苏北页岩油二氧化碳强压质换技术

为了保持苏北页岩油藏能量,降低产量递减率,提高页岩油藏采收率,研究了苏北页岩油CO_(2)强压质换技术。采用苏北页岩油藏岩心进行了室内试验,分析了CO_(2)注入压力、焖井时间对原油采出程度的影响,CO_(2)注入量对原油采收率的影响;采用数值模拟软件,进行了SD1J井注入时机、注入量、注入速度及焖井时间的优化,并进行了SD1J井注超大量CO_(2)强压质换技术现场试验。SD1J井措施后自喷正常生产,产液量由38.6 t/d降至30.3 t/d,产油量由14.0 t/d升至29.2 t/d,含水率由63.8%降至3.5%。研究表明,CO_(2)强压质换技术能够提高页岩油藏地层能量和降低产量递减率,为提高页岩油藏开发效果提供了一种新的技术途径。

利用无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定试验

文章针对天气雷达缺乏远场标定能力的现状,提出利用无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定的方案。通过给出无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定试验的测试项目与条件,完成了对雷达天线、发射通道和接收通道的标定测试,试验结果符合相关技术要求。后期将对标定仪做进一步改进和完善,以期更好地满足雷达标定业务需要。

环唑醇及氟环唑处理材的野外耐久性能评价

【目的】探究氟环唑(EPO)、环唑醇(Cy)、铜胺(氨)环唑醇(CuCy)等制剂处理材的野外耐久性能,确定各制剂在户外与土壤接触(C4.1)时的推荐使用或标准载药量,为该类防腐剂处理质量标准的制定及其实际应用提供依据。【方法】制备稳定的Cy和EPO水溶性微乳液,以马尾松和辐射松为试验材料,采用真空加压处理工艺,依据《木材防腐剂性能评估的野外埋地试验方法》(GB/T 27655—2011),将Cy、EPO和CuCy制剂处理试样进行埋地测试,每年记录并计算处理材的耐腐朽和抗白蚁蛀蚀完好指数,确定其耐腐朽和防白蚁性能。【结果】在木材腐朽中等危害区域(Z2)北京试验场,载药量≥0.049 kg·m^(-3)Cy和载药量≥0.047 kg·m^(-3)EPO处理材7年后耐腐朽完好指数≥9.0,耐腐朽性能良好;载药量1.60~3.20 kg·m^(-3)CuCy处理的马尾松和载药量1.40~3.04 kg·m^(-3)CuCy处理的辐射松11年后耐腐朽完好指数全部为10,耐腐朽性能较好,CuCy处理材耐腐朽性能与铜/戊唑醇/丙环唑(CuPT)相当。在木材腐朽白蚁严重危害区域(Z4)广州试验场,载药量1.97~2.80 kg·m^(-3)CuCy处理的马尾松11年后耐腐朽完好指数≥9.78,其中载药量2.80 kg·m^(-3)CuCy处理材11年后抗白蚁蛀蚀完好指数为7.15。【结论 】在Z2区域C4.1使用时,CuCy处理材载药量≥1.60 kg·m^(-3)可确保耐腐朽性能;在Z4区域C4.1使用时,CuCy处理材载药量≥2.80 kg·m^(-3)可确保耐腐朽和防白蚁性能。在Z2区域C4.1使用环境,不含铜Cy和EPO处理材的耐腐性能较戊唑醇/丙环唑高效;在Z2及Z4区域C4.1使用环境,当载药量等量时,CuCy处理材的耐久性能与CuPT相当。

海上高温高盐油藏层内沉淀深部调驱体系研究与应用

针对常规调驱体系因注入困难、耐温抗盐性差及价格昂贵,难以满足海上高温高盐油藏深部调驱需求的问题,研发出一种以Na_(2)SiO_(3)为主剂的层内沉淀深部调驱体系。通过化学分析、仪器检测和物理模拟等多种方法对体系进行了配方优化和性能评价。实验研究结果表明:调驱体系的最佳母液配方组成为7%硅酸钠+30%沉淀控制剂A+1.0%沉淀控制剂B,该配方可与现场注入水中的成垢离子反应生成粒径为67.0~123.1 nm的颗粒,在向地层深部运移过程中由小到大逐渐聚并成粒径为42.6~47.4μm的无机沉淀,封堵水窜通道最终实现深部液流转向。该调驱体系耐温150℃,在50~500 mD岩心均具有良好的注入性,沉淀后封堵率可达95.9%,对于渗透率级差为8~20的双岩心提高采收率幅度可达11.0%~16.4%。矿场试验表明,层内沉淀调驱体系注入性好、工艺简单,稳油控水效果显著,W油田A井组实施措施后日增油超25 m^(3),含水率平均下降13.3%,累计增油达到7675 m^(3)。技术对于海上高温高盐油田开发具有良好的示范作用。

高放废物处置地下实验室现场试验数据管理顶层设计

我国高放废物地质处置研发已经进入地下实验室建设的关键阶段。在地下实验室建设和运行期间,将开展大量现场试验,这些试验数据具有传输距离长、采集周期长、数据类型多和数据量大等特点,同时数据质量、安全与可追溯性要求高,数据管理难度较大。通过分析我国高放废物地质处置北山地下实验室现场试验数据特点,以iS3智慧数据服务系统为基础,提出现场试验数据管理顶层设计方法,为现场试验和科研工作顺利开展提供重要的数据管理支撑。