中国科学院武汉岩土力学研究所喜迎建所50周年

金秋十月，丹桂馥郁。中国科学院武汉岩土力学研究所迎来建所50周年华诞，全国人大常委会副委员长、中科院院长路甬祥为建所50周年题辞：“创新岩土科学技术，服务国家建设工程”。

中国科学院武汉岩土力学研究所冯夏庭研究员当选为国际岩石力学学会主席

国际岩石力学学会理事会于2009年5月18日14点～19点在香港大学召开。国际岩石力学学会各国家小组主席对下一届国际岩石力学学会主席进行了投票选举，中国科学院武汉岩土力学研究所冯夏庭研究员成功当选了下一届（2011年至2015年）国际岩石力学学会主席。

国际岩石力学学会教育委员会专家访问中国科学院武汉岩土所

应中国科学院武汉岩土力学研究所邀请，国际岩石力学学会教育委员会（ISRM Cominission on Education）专家组一行四人于近日访问中国科学院武汉岩土所并做学术报告。学术活动共历时2天。

重塑条件对红黏土力学特性影响试验研究

重塑条件是影响重塑土样相关力学特性的重要因素,为分析堤防建设的土工试验中各重塑条件对重塑土力学特性的影响,采用不固结不排水三轴试验研究了不同重塑条件(碎土方式、含水率和制样方式)对重塑红黏土力学特性的影响,并结合扫描电镜图像揭示了相关重塑条件对力学强度特性的影响机理。结果表明:在含水率较低时,影响红黏土重塑样强度的主要因素为制样方式;当含水率升高后,碎土方式成为主要的控制因素;结合微观试验进一步说明不同碎土方式得到不同级配的土粒,机械碎土方式会使得土颗粒集聚成不同数量的“粗颗粒”,改变土粒级配从而影响相关力学特性;不同制样方式导致土颗粒发生不同的有序排列,进而使得土体抗剪强度发生变化。

冻融条件下冰碛土力学特性试验及模型研究

青藏高原地区的冰碛土多处于季节性冻土区,而冰碛土在冻融循环作用下,容易引发地质灾害和影响工程建设,因此研究冻融循环作用后冰碛土力学性质和强度劣化对该区域工程的安全建设有重大的意义。对藏东南地区冰碛土开展冻融循环后的三轴压缩试验,并采用邓肯-张模型及修正邓肯-张模型对冻融后冰碛土的适用性进行验证,同时探讨了模型参数与冻融循环次数的关系。结果表明:(1)高围压下,冻融后试样表现出更明显的应变软化现象;(2)冻融循环次数与土体内摩擦角无显著相关性,而黏聚力呈负指数型函数衰减,这与直剪试验结果一致;(3)采用邓肯-张模型预测冻融作用下冰碛土的应力-应变曲线,低围压下模拟精度较高,模型参数K和冻融循环次数呈负指数函数关系;(4)修正邓肯-张模型可以较好反映试样的应变软化特性,但对于试样破坏后的残余强度阶段,理论值与试验结果相差很大,可靠度低。该研究以期为寒区工程建设提供基础性参考。

孔洞形状对层状岩石力学特性影响的FDEM数值模拟研究

为揭示孔洞形状对层状岩石力学性质和破坏模式的影响,采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)开展系列数值模拟研究。首先,阐述FDEM模拟层状岩石的基本原理,然后,开展不同层理倾角完整试样的单轴压缩模拟,并与试验结果进行对比验证。最后,对含有圆形、椭圆形、三角形、矩形和方形孔洞的层状岩石试样(β为0°、30°、45°、60°和90°)进行单轴压缩模拟研究。研究结果表明:对于不同孔洞形状的试样,抗压强度和试样破坏程度随层理倾角的增大呈V字型变化趋势,且均在层理倾角为0°时抗压强度取得最大值,在90°时破坏程度最为严重;孔洞的存在严重削弱了试样的力学性能,且削弱幅度与孔洞形状密切相关,其中方形和圆形孔洞对抗压强度的削弱能力最弱。将含不同形状孔洞试样的破坏模式随层理倾角的变化主要分为穿层理面拉剪混合破坏(β=0°)、沿层理面与穿层理面混合拉剪破坏(β=30°)、沿层理面剪切破坏(β=45°和60°)和沿层理面拉剪劈裂破坏(β=90°)。

基于分子动力学方法的致密砂岩储层CO_(2)驱油研究进展

随着致密砂岩储层CO_(2)-EOR项目的不断增加,亟需对CO_(2)与致密砂岩储层流体在孔隙介质中的相互作用机理进行研究,但室内实验难以观察到CO_(2)与流体在孔隙通道中的动态过程,而分子动力学模拟则可以弥补传统实验和数值方法的不足。为此,围绕该方法在CO_(2)-EOR研究中的2大重点——界面行为与受限空间运移行为,对包括萃取、溶胀、降黏、降低界面张力、最小混相压力、润湿性等6个方面界面行为的相关研究成果进行了系统梳理,结合前人对CO_(2)与致密砂岩储层流体在受限空间中运移行为的研究成果,提出了分子动力学在致密砂岩储层CO_(2)-EOR研究中的关键科学问题。研究结果表明:①分子动力学能够很好地将CO_(2)萃取原油中—轻烃组分的过程进行可视化,建议根据原油实际组分构成分析CO_(2)的萃取能力,从而弄清CO_(2)萃取原油中各组分的优先顺序及效率;②有关CO_(2)分子对原油溶胀降黏作用的研究,大多数成果中的原油组分体系较为单一,建议根据实际储层的原油组分,系统探讨高温高压条件下CO_(2)的溶胀降黏作用;③对于CO_(2)与油水两相之间界面张力的研究更多是在体相中进行展开,而在纳米受限空间界面行为的研究还有待完善;④有关地层水在孔隙壁面的润湿性研究,对不同因素之间的协同效应影响润湿性的机理尚不明确。结论认为,随着量子力学研究的不断深入以及计算性能的日益强大,该方法可以在更大尺度上进行复杂体系的计算,以其为基础的油藏、页岩油气藏CO_(2)-EOR机理等研究将会取得较大的突破。

压实石英颗粒中孔隙水微观动力学性质研究

土水作用使土体中孔隙水具有与自由水完全不同的物理状态,从而影响了土体的物理特性。作为地球表面含量最多的矿物之一,石英广泛存在于各种岩土体中,石英颗粒与水的相互作用极大的影响各种岩土体的工程特性。为了研究石英颗粒与水的相互作用,利用核磁共振技术探测了非饱和压实石英颗粒中不同温度条件下的纵向弛豫时间T_(1)分布曲线和常温下T_(1)-横向弛豫时间T_(2)相关谱图。通过分析孔隙水T_(1)/T_(2)分布曲线,发现峰点处T_(1)/T_(2)约为6.31。基于BPP(Bloembergen-Purcell-Pound)模型,计算得到非饱和石英土样中孔隙水分子的转动特征时间远大于自由水的转动特征时间,说明压实石英颗粒中的孔隙水活动度受到较大的抑制。利用Korb模型,计算得到了吸附水在石英颗粒表面的特征停留时间和亲和性。结果表明:水分子在离开石英颗粒表面时在颗粒表面移动了4.2×10^(9)步,说明石英颗粒对水分子具有较大的亲水性或束缚性。基于Arrhenius定理分析T_(1)分布曲线随温度的变化得到石英颗粒中表面吸附水的吸附活化能为26.8 kJ/mol,远大于黏土颗粒表面吸附水的吸附活化能。这表明石英颗粒表面对水分子的束缚作用大于黏土颗粒表面。经分析认为这主要是因为石英颗粒表面的硅醇基与表面吸附水形成大量的氢键使得石英颗粒对表面吸附水具有较大的束缚作用。

基于文献计量法的中国氢能研究历程

氢能作为一种高效的清洁能源,是新一轮能源革命的重要组成部分,也是未来低碳经济发展的重要方向。为了解中国近10年来氢能研究进展,以中国知网数据库中2013—2022年氢能主题的期刊论文和专利为研究对象,采用文献计量和科学知识图谱相结合的方法,通过VOSviewer等软件对年度发文趋势、载文期刊分布、基金资助情况、研究热点、发文机构、作者合作网络以及专利发明人等进行文献计量和可视化分析,结合时代背景深挖引起研究热点变化和年度发文量变化等现象的政策原因,多角度地全面展示近10年来中国氢能的研究历程和发展现状。最后归纳介绍中国氢能领域的标准规范和政策报告的发展历程,并从国家战略角度对促进氢能研究的进一步发展提出一定建议。

武汉长江Ⅰ级阶地原状土样获取技术研究

本文分析了原状土样获取的技术标准现状和行业现状,研究了钻进方式、取样工具选取的适宜性综合分析、土样的封装及运输。对比试验研究表明,在武汉长江Ⅰ级阶地粘土层段采用锤击钻进配合使用敞口薄壁取土器,在砂土层采用锤击和回转组合钻进配合使用内置环刀取土器,辅以胶盖自封和胶带密封,取得的原状样品在现场质量评测、室内样品制备性和试验性方面均有比较良好的表现,基于此套方法获取的原状样原始结构受扰动较小,土的原始结构力保持良好。

磷石膏-钢渣-矿渣固化低液限粉质黏土力学性能及耐久性能研究

为改良低液限粉质黏土的力学与耐久性能,提出了以磷石膏-钢渣-矿渣(PSG,Phospogypsum-Steel slag-Ground granulated blast-furnace slag)为材料的全固废固化剂对低液限粉质黏土进行固化,并与同掺量的P.O 42.5普通硅酸盐水泥固化土进行对比。研究了不同PSG掺量(5%、10%、15%)和不同龄期对固化土无侧限抗压强度、劈裂强度、水稳定性、干缩变形和抗冻融循环能力的影响,并通过电镜扫描(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了其微观固化机制。试验结果表明:随着固化剂掺量的增加,固化土的最大干密度增大,最优含水率减小。PSG固化土具有较高的后期强度和水稳性能,28d的抗压强度达到了5.28MPa,水稳系数达到93.5%。90d的累计失水量和干缩应变分别为71.3g和1.12×10^(-3),比水泥固化土的79.6g和1.28×10^(-3)降低了10.43%和12.5%。20次冻融循环后,PSG固化土的强度损失为21.65%,比水泥固化土的27.25%降低了5.6%。微观测试发现大量絮凝状C-S-H胶凝物质和针棒状AFt在PSG固化土中出现,这些物质通过填充孔隙、包裹土颗粒和搭接骨架,提高了土体的强度,增强了土体性能。

基于ALMC检测报告的不端文献判别参数适用性研究——以《岩石力学与工程学报》为例

本文以《岩石力学与工程学报》最近一年的新投稿件AMLC的检测报告为研究对象,对其常用的判定参数去除本人文献复制比、去除引用文献复制比、总文字复制比、重合字数进行分析和讨论。统计结果显示:(1)四种判定指标之间并无太大的关联性,并不能一刀切地以一个界限来判定稿件是否重复;(2)根据本刊常用的判定标准,有重复嫌疑的稿件占全年稿件的32.1%;(3)大学中有毕业压力的研究生及评职称需要的老师是学术不端行为的高发人群。由此可得出:(1)应建立符合本刊需要且合理的判别参数及其标准;(2)高校应加强其科研诚信,提升部分老师和学生的学术道德意识和修养。因此,期刊应分类型依托期刊协会并结合本刊特点制定一套行之有效的学术不端判别标准,同时,以检测系统检测结果为基础,加强期刊发文要求,务求降低不端稿件刊发的概率。

基于3D-DIC系统的白砂岩单轴压缩应变率效应的力学性能试验研究

通过选取典型岩样,研究了白砂岩在10^(-5)~10^(-3)s^(-1)应变率范围内的单轴压缩性能,采用3D-DIC系统观测和采集岩样表面位移云图,并分析不同应变率下岩样变形破坏特征差异。结果表明,岩样表面位移场变化反映了破坏面演化规律,剪切破坏面与位移场集中存在对应关系。全局轴向应变差异主要发生在微裂隙压密到弹性变形期间;加载初期,全局径向应变存在差异,在峰值强度时下端部区域径向位移最大,岩样上端部变形受到端部效应影响,径向向外膨胀受端面与垫片间摩擦限制;此外,下端部局部轴向应变大于上端部区域。随着加载速率增大,岩样从延性特征向脆性特征转变。加载速率较低时,岩样破坏过程中孔隙坍塌使得部分裂隙再次闭合、滑移而产生摩擦效应,从而使峰值强度附近的应力-应变曲线出现波动。白砂岩峰值强度、弹性模量、泊松比等力学参数随加载速率增大而增加。

干湿循环作用下压实黏土力学特性与微观机制研究

针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗结构损伤等问题,系统开展了干湿循环作用下(室内模拟填埋场气候环境)压实黏土力学特性及微观结构特征试验研究,从微观层次揭示了压实黏土在干湿循环作用下变形特性和强度衰减内在本质。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,压实黏土初始变形段区间割线模量增加,末段区间割线模量大幅度降低,变化幅度随初始压实度的增加而增加;同时,压实黏土剪切强度呈减小趋势,但减小幅度随初始压实度和围压的增加而减小。经过3次干湿循环后,压实黏土发生不可逆的体积收缩,体积收缩比例随压实度的增加而减小,低压实黏土和高压实黏土的体积收缩20.5%和11.5%。同时,低压实黏土和高压实黏土的大孔体积增加25.7%和53.9%,微裂隙体积增加3.1%和41.7%,增加幅度随初始压实度的增加而增加。压实黏土不可逆的体积收缩致使土体更加密实,从而导致压实黏土初始切线模量和强度增加。同时,大孔体积增多和微裂隙的发育,导致压实黏土剪切强度和末端切线模量降低,干湿循环对不同压实度黏土力学特性影响是二者的综合表现。

钙质土力学性质研究现状与进展

概述了钙质上的成因、在世界范围内的分布及一般性质。综述了国内外对钙质土静、动力学性质研究的现状与进展，得到有关结论并提出今后应加强研究的方向。

动力排水固结法对软土力学特性影响的试验研究

本文结合某软土工程地基处理实践 ,从室内试验和现场试验两方面分析了动力排水固结法处理淤泥类软土时 ,软土的结构性和触变性对其力学特性的影响。从而论证了正确认识软粘土的上述固有属性对有效加固淤泥类软土地基的重要性。

再生混凝土力学特性试验研究

再生混凝土是指将废弃混凝土经过破碎、清洗、筛分、分级和按一定比例相互配合后制成再生混凝土骨料,用其部分或全部代替天然骨料配制的新混凝土。关于再生混凝土力学特性的研究并不多见。通过一系列的相关试验,分析和研究了再生混凝土取代率对其静力学性能的影响;在进行再生混凝土的全应力-应变试验过程中同步测试了其超声波传播特征参数,研究再生混凝土声波传播特征参数随再生混凝土轴向压缩变形的变化规律。为了分析再生混凝土的循环动力损伤特征,进行了再生混凝土单轴竖向循环加载试验,研究再生混凝土在循环动荷载作用下变形的发生和发展规律,为工程应用作参考。

岩土力学数值模拟结果的概率评估方法研究

提出了一种用于评估多参数随机变异情况下岩土力学非线性数值模拟结果可靠性的多维高效直接积分型随机分析方法。它首先根据多维积分理论和可靠性分析的直接积分法确定多维随机输入参数的计值点;然后利用非线性数值模拟方法,比如有限元法或有限差分法等,完成所有计值点上的计算任务,据此就可以利用多维高效积分程序计算待评估响应量的前几阶矩(一般包括1～6阶矩);最后利用多种方法,包括曲线拟合法、加权余量法及最大熵法计算响应量的概率分布,并据此算出响应量的概率置信区间,用于定量评估响应量的可靠性。数值算例表明,此法具有精度和计算效率较高的优点。

中国大规模盐穴储氢需求与挑战

氢能是来源广泛且低碳清洁的能源,大力发展氢能产业是实现双碳目标和应对全球能源转型的重要举措。在氢能“制备―储存―运输―应用”全产业链中,储氢难问题长期制约着氢能产业高质量发展。盐穴储氢具有成本低、规模大、安全性高和储氢纯度高等突出优势,是未来氢能大规模储备的重要发展方向,也是我国能源低碳转型的重大战略需求。综合调研了我国制氢产业和氢能消费现状,分析了我国盐穴储氢的需求。调研了国外利用盐穴储存天然气和氢气的技术及工程现状,总结了我国盐穴储气库发展和建设历程。对比了利用盐穴储存天然气、氦气、压缩空气和氢气的异同点,提出我国盐穴储氢面临三大科技挑战:层状盐岩氢气渗透与生化反应、盐穴储氢库井筒完整性管控、储氢库群灾变孕育与防控。研究成果明确了我国氢气储备需求的快速增长趋势和大规模盐穴储氢的重点攻关方向。