水流作用下水利工程闸门的动力特性研究

在水利工程中,闸门用于控制水流和调节水位,但传统模型无法准确描述闸门的复杂响应。为此,研究利用流固耦合模型,分析水流作用下闸门的动力特性。结果显示,当开度为0.4时,振型云图表现出复杂的模式,闸门的下半部分呈现出更为明显的振动;与传统模型相比,研究模型在水深100 m时的最大拉应力在0.78~2.7 MPa之间,表明研究模型可为水利工程闸门的设计和优化提供重要的参考依据。

CO_(2)增强页岩气开采及地质埋存的三维数值模拟

将CO_(2)注入页岩储层中,既可以提高气藏天然气采收率,又可以达到CO_(2)地质埋存的目的,是实现减少碳排放的有效途径之一。页岩储层非均质性强,将CO_(2)注入页岩储层后,储层纵向非均质性对于CO_(2)增强CH_(4)开采效果的影响机理研究还存在不足。为此以四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩储层为对象,以考虑CO_(2)和CH_(4)竞争吸附的热—流—固多场耦合数值模拟方法为基础,建立了页岩非均质储层CO_(2)增强CH_(4)开采及地质埋存一体化三维数值模型,最后通过CO_(2)驱替CH_(4)室内实验结果验证该数值模拟方法的可靠性。研究结果表明:①当注入井所在层位保持不变时,随着开采井埋深增加,各小层内CH_(4)剩余量呈增加趋势,CO_(2)埋存量表现出逐渐减小的趋势;②当开采井所在层位保持不变时,各小层内CH_(4)的剩余量随注入井埋深的增加而减小,各小层内CO_(2)的埋存量随注采井纵向间距的增加而提高;③增加注采井纵向距离能够提高CH_(4)增产量和CO_(2)埋存量。结论认为,页岩对CO_(2)和CH_(4)有较强的竞争吸附特性,相关过程是一个复杂的热—流—固耦合过程,该基础理论模拟研究对注CO_(2)置换CH_(4)提高页岩气采收率并实现碳封存具有现实意义,且研究认识对今后相关技术的现场应用提供了理论支撑。

线性工程沿线地下水超采引发不均匀地面沉降分析

超量开采地下水引发的地面沉降是一种较为常见的地质灾害类型,具有持续时间长、影响范围广的特点。在此类地区修建诸如高速铁路、地下输油管线等线性工程时,工程安全势必受到地面沉降尤其是不均匀沉降的影响。进行线性工程沿线地面不均匀沉降及其演化特征的定量化分析研究对确保工程长期安全稳定具有重要意义。以鲁南高铁菏泽至曲阜段为例,交叉融合地下水渗流理论和土体比奥固结理论,建立研究区三维流固耦合数值模型,开展研究区不均匀地面沉降定量化评价及沉降演化规律研究。利用建立的地面沉降三维流固耦合模型分析计算不同地下水开采方案情景下,高铁沿线不均匀地面沉降情况,评价确定线路区间内地面沉降相对严重区域。同时从沉降控制角度出发,进行地下水减采工况下地面沉降分析预测。结果表明,减少地下水开采量可以有效降低地面沉降量和最大沉降曲率,缓解不均匀沉降带来的危害,确保高铁运行的安全。研究结果可为类似地区进行地下水开采诱发地面沉降的工程安全评价提供借鉴,具有一定的学术及工程应用参考价值。

华北平原鲁北地区地下水超采导致地面沉降区域特征及演化趋势预测

鲁北地区作为华北平原地面沉降的重要组成部分,其地面沉降问题日趋严重。以滨州博兴县为工程背景,基于研究区详细水文地质与工程地质资料以及历年地面沉降监测数据,系统分析该地区地下水动态分布及地面沉降分布演化特征。以Biot多孔介质固结理论为基础,建立博兴县地面沉降三维流-固耦合数值模型,还原地面沉降发展过程并预测分析不同地下水开采方案下的沉降演化规律。研究结果表明:博兴县浅层地下水位降幅呈现南大北小特点,深层地下水形成了以县城区为中心的椭圆形地下水区域降落漏斗;地面逐渐形成了分别以博兴县城区、湖滨镇和店子镇为沉降中心的三个小型沉降区,且有相互关联扩展的趋势;地面沉降三维流固耦合模型较为理想还原了研究区地面沉降发展过程,预测在现状地下水开采方案下未来10年内地面沉降仍以较大速率继续发展,累计沉降量超500mm的区域面积不断扩大,当减小20%现状地下水开采量时是较为合理有效的开采方案。