地下水封储油洞库各向异性渗流特征的数值模拟

以某地下水封储油洞库为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了施工期与运营期地下水渗流场的分布规律,并比较了裂隙岩体渗流各向同性与各向异性两种工况下孔隙水压力分布的差异,最后计算了围岩渗水量.结果表明,人工水幕系统对于保证洞库水封起到至关重要的作用;采用裂隙岩体渗流各向同性评估洞库间岩柱的稳定性更为安全;利用数值模拟方法计算得到施工期及运营期单洞库渗流量分别为1 130 m3/d和775 m3/d.     

综合示踪与注水试验的花岗岩场址断裂渗透特性研究

当地下工程穿越或接近断裂时,断裂渗透特性能否有效评估关系到地下工程设计与修建的可靠性.以西北某高放废物地下处置预选区花岗岩场址断裂为研究对象,引入高精度示踪监测技术并针对单节理内示踪液运移缓慢的特点研发了配套的水流驱动模块,将其应用于该断裂结构的渗透特性分析中,配以注水试验,得出断裂走向破碎岩体渗透系数为6.0×10~(-5)m/s,比横向渗透系数大约2.3倍,断裂的优势渗流方向为断裂走向;断裂内部同一试验段上既存在良好渗流通道又存在局部相对低渗区,低渗区的渗透系数可降低至10~(-7)～10~(-8)m/s;断裂横向渗透性能与断裂核部附近节理主要发育方向及断裂泥等低渗介质发育程度有关.     

基于宁波大榭岛熔结凝灰岩地区的压水试验改进

压水试验是测试深部岩体渗透性的重要方法之一。通过改进压水试验,如安装推拉阀门精简设备,在试段内安装探头直接测取试段压力,在压水泵和压力计之间安装水阀将压水试验转为脉冲试验等,在宁波大榭岛致密凝灰岩地区进行试验,对比分析了改进前后的测试效果。结果表明,理论计算的试段压力与实际存在一定差异,使用探头获取的试段压力排除了管损压力、孔内水位变化等因素的干扰,使得渗透系数的计算更准确;在低渗透性试段内,脉冲试验能测得小于1.0×10~(-5) m/d的渗透系数,更加精确。这些改进提高了压水试验的效率和精度,并拓展了试验设备的应用范围,对于岩体渗透性评价具有一定参考价值。     

基于边界元法的岩体渗透系数尺寸效应研究

利用Monte-Carlo法模拟生成二维裂隙网络,建立9个不同尺寸的岩体模型,结合岩体裂隙网络生成技术与边界元法,分析不同地下水孔隙压力作用下,岩体的渗透系数及其变化规律。结果表明:在岩体尺寸小于12 m时,岩体渗透系数的尺寸效应曲线不稳定,呈现波动跳跃的规律;随着岩体尺寸的逐渐增大,曲线波动逐渐衰减,趋于稳定。说明裂隙岩体的渗透系数与变形模量或强度等力学参数类似,都具有尺寸效应,且随着地下水孔隙压力的增大,岩体的渗透系数随之增加。     

离子型稀土矿体孔径分布及其渗透性变化

以江西龙南典型的离子型稀土矿为研究对象,对原矿和5种孔隙比重塑矿开展了现场和室内土-水特征曲线和饱和渗透系数测试试验。基于土-水特征拟合曲线,计算了矿体孔径分布和非饱和渗透系数。结果发现:孔隙比0.92的原矿单位质量矿体累积孔隙总体积为0.234 5 cm~3/g,大孔隙(r≥5μm)、中孔隙(2μm≤r≤5μm)和小孔隙(r≤2μm)体积分别占孔隙总体积的58%、15%和27%,渗透系数为2.0×10~(-5)m·s~(-1);保持原矿孔隙比重塑后,小孔隙体积增加约3.0%,渗透系数为1.2×10~(-5)m·s~(-1),表明相同孔隙比的原矿和重塑矿在孔径分布上有明显差异,原矿存在较多大孔隙,重塑后大孔隙分裂成多个小孔隙,矿体通透性变差,渗透系数变小。而重塑为孔隙比0.97的矿样,小孔隙体积减少约1.0%,渗透系数为1.9×10~(-5)m·s~(-1),孔径分布和渗透性基本达到原矿状态,采用该孔隙比状态的重塑矿样模拟龙南类型天然矿体进行浸析试验效果更好。     

围岩灌浆深度对水封石油洞库水封效果的影响

地下水封石油洞库的水封措施直接影响洞库储油期渗流场及水封效果,围岩灌浆能显著改变地下洞库渗流场,进而影响洞库的水封效果.本文以我国首个大型地下水封石油洞库为例,研究在有无设置水幕、是否降雨的情况下围岩灌浆深度对洞库水封效果的影响.采用应力-渗流耦合理论,建立地下洞库有限元分析模型,利用大型商业软件ABAQUS设计多种计算方案进行数值模拟.通过模拟得到不同计算方案下孔隙水压力云图、洞库涌水量以及水封厚度数据.分析计算结果得出如下结论:全断面灌浆能有效防止储油期储油泄露;灌浆深度的增加能有效减少储油期洞库涌水量,提升洞库水封性能;灌浆深度为6 m时,该洞库水封厚度已足够,涌水量也较小.     

基于RMR与H-B准则估算大型洞室岩体力学参数敏感度分析

利用RMR(岩体质量分级)与Hoek-Brown(H-B)准则估计岩体力学参数可作为大型地下洞室围岩参数确定的有效途径.考虑到输入参数不确定性引起岩体力学参数估计精度受影响的问题,依托白鹤滩水电站地下厂房工程,基于原位测试、室内试验与数值模拟等,研究H-B准则输入参数与估计岩体力学参数间的敏感性关系,并采用敏感度因子定量描述.结果表明,岩体力学参数对输入参数的敏感性排序为RMR>σ_○ci(岩石单轴抗压强度)>m_i(岩石材料常数),当RMR取值误差为±5%时,弹性模量、内摩擦角及黏聚力估计结果分别产生约20%,22%与13%的偏差;当σ_○ci与m_i的测定误差小于±20%时,其对于内摩擦角与黏聚力估算结果的影响分别小于4%与10%.该研究可为类似大型地下洞室工程岩体力学参数估计精度评价提供借鉴.     

蓄洪区路堤边坡浸润线及安全系数变化规律

基于修建于蓄洪区范围内的公路边坡将受洪水浸泡,引入非饱和渗流理论,利用孔隙压力为0 kPa的条件确定蓄洪过程中的边坡浸润线位置,并在条分法中采用侧面水压力等效计算土坡中的渗流力,对水位完全慢速下降过程中边坡安全系数进行计算;将蓄洪过程分为水位上升期、蓄洪期和水位下降期,令蓄洪水位为10m,水位上升速率为0.2 m/d,水位下降速率为0.5 m/d,采用本文方法对饱和渗透系数分别为10-6,10-7和10-8 m/s的边坡安全系数变化规律进行计算分析.研究结果表明:蓄洪期内边坡浸润线均达不到稳定状态,且渗透系数越小,边坡内浸润线的变化越小;蓄洪水位上升期边坡安全系数增大,且渗透性较高的土坡安全系数上升速率比渗透系数低的土体安全系数上升速率慢;蓄洪期内,当蓄洪时长比s即蓄洪时长t与总时长r之比相等时,高渗透性边坡安全系数下降率较大;水位下降期内边坡安全系数随下降比增大而变小,蓄洪时间越长安全系数越小,但安全系数下降率基本不受蓄洪时间的影响,其规律可采用抛物线近似模拟.     

某地下水封洞库工程水幕系统设计初步研究

人工水幕系统对地下水封洞库长期稳定运行十分重要。结合某地下水封洞库,采用理论分析和数值计算的方法,对水幕系统的设计进行初步研究。研究表明,施工期水幕孔注水可保证岩体中存在足够的水封压力,运行期采用注水运行方式可有效控制洞库的涌水量和维持必要的储油压力。最后分析了地质构造对水幕的影响,并对水幕巷道和水幕孔进行了布置,对排水和补水进行了设计。     

矿坑涌水可利用量研究

为缓解矿区供排水矛盾,合理利用矿区水资源,文章以安徽省淮北平原某煤矿为研究对象,建立了与矿床开发利用方案相适应的地下水流数值模拟模型;利用经过识别后的数值模型,对矿坑涌水量进行了预测,得到预测期内正常矿坑涌水量将由7 100m3/d逐渐衰减至5 106m3/d;在此基础上,考虑到不确定性因素的影响,依据渗透系数的空间随机分布特征,探讨了矿坑涌水量预测结果的不确定性。结果表明:当保证率为90%时,预测初期可利用的水量为3 924m3/d,20a后逐渐递减为2 672m3/d。所得结果为制定矿区水资源综合利用方案提供了可参考的依据。     

干寒区冻融循环作用下原油对土壤渗透系数的影响——以克拉玛依春风采油厂作业区为例

为探究冻融循环作用下,原油污染土壤后渗透系数的变化规律。首先对研究区井田的土壤原状样做变水头试验;然后在可程式恒温恒湿试验箱进行冻融循环试验,循环温度为-20～40℃,循环次数为6次,测其渗透系数。结果表明:土壤原状样的渗透系数为1.76×10~(-4) cm/s,而当原油进入土壤之后,表现为进入土壤中的原油的量与渗透系数的大小呈负相关;经冻融循环后原状样的渗透系数变为4.36×10~(-4) cm/s,此时的渗透系数是原状样的2.47倍;当污染浓度超过1.20%时,原状样渗透系数略大于冻融样,主要是冻融过程中伴随着土壤内部结构及土的粒径变化,原油渗透进入新形成的骨架孔隙,使原油中部分成分与土壤中的有机质发生反应,形成新的各式颗粒或胶结物,堵塞渗透通道,进而使得渗透系数略小于原状样。试样冻融循环之后,土壤的渗透系数维持在1×10~(-5) cm/s左右,表明试样经冻融循环一定次数后,使得土壤的渗透系数维持在1～2个数量级变动。研究成果可为该地区土壤修复提供依据。     

裂隙岩体渗透各向异性对地下储油洞库水封性的影响规律

为研究岩体渗透各向异性对地下储油洞库的水封性影响规律,建立油库单一洞室的二维等效连续介质模型,用不同渗透张量表征岩体渗透各向异性的不同情况,并开展数值模拟。从洞室周围水压力、渗流场和涌水量等角度对模拟结果进行分析,并评价了洞室水封性。结果表明:岩体各向渗透性较均匀时,储油洞室水封性要求相对一致,有利于水幕系统的统一设计和施工处理,容易通过设置的水幕系统保证洞室整体的水封密闭;岩体最强渗透方向在45°～90°之间时,有利于水幕系统的水压力向下传递,形成高水力梯度区包围洞室,保证洞室密封。     

地下气化热-力耦合作用下短壁工作面长度的确定方法

为控制燃空区顶板稳定性,提出了煤炭地下气化短壁开采设想。针对燃空区顶板处于高温和地应力耦合环境的特点,构建了地下气化短壁工作面的合理长度确定方法,并以贵州盘江某矿地下气化工程为例,对其短壁工作面合理长度进行了计算分析。结果表明:随着火焰工作面的推进,靠近顶板下表面0～3m处岩体温度先迅速上升、后逐渐下降,而3～10m处岩体温度则缓慢上升,温度在覆岩中的传播范围约为10m;燃空区直接顶承受的载荷和热应力在稳定了一段时间之后迅速上升,抗拉强度则先下降、后上升,导致直接顶的极限跨距先小幅下降、后急剧上升;气化短壁工作面的合理长度应小于直接顶极限跨距的最小值,由此确定贵州盘江某矿气化短壁工作面的合理长度为12m.该方法可为地下气化工作面长度设计提供理论指导。     

岩体微震能量演化规律及渗透系数评估

基于大岗山水电站右岸边坡开挖过程中的微震监测数据,分析卸荷引起微震能量释放的时空规律,研究渗透系数增量的空间分布。结果表明:微震能量逐月累积等值线空间分布图可初步定量地识别和圈定边坡深部岩体损伤的区域及程度,微震能量沿软弱结构面易形成积聚带,并遵循能量的累积、释放和转移的规律。岩体因损伤而释放的微震能量与岩体渗透系数变化的趋势具有一致性。两卸荷裂隙带和断层外侧附近渗透系数改变量约为0.03~0.05 cm/s,而两卸荷裂隙带和断层之间的岩体的渗透系数约为0.04~0.097 cm/s。渗透系数的改变在软弱结构面交界处附近最为显著,表明在卸荷条件下,岩体的渗透特性受结构面的影响极大。利用开挖过程中岩体释放的微震能量,并结合开挖前边坡不同岩体的渗透系数,可对开挖后岩体的渗透系数进行评估。     

堤防水泥土防渗墙技术

为了解决堤防工程中的防渗问题,尤其自1998年我国的特大洪灾之后,水泥土防渗墙施工技术即在堤防加固工程中得到了广泛的应用。主要介绍了水泥土防渗墙的基本概念以及其在长江中下游堤防中的应用情况;分析了长江中下游的地质条件,并据此研究和对比了防渗墙渗透系数对渗透效果的影响;提出了防渗墙渗透系数在10-6 cm/s量级、厚度不小于0.2 m是合适的结论。以其对今后的堤防防渗工程和设计会有所帮助。     

多种注浆材料耐久性能对比试验研究

从材料的微观结构出发,运用抗水溶蚀、抗渗性能及体积稳定性试验,对比研究了高水注浆材料与纯水泥浆液、水泥-水玻璃和胶砂等常用注浆材料的耐久性能.通过模拟地下动水对材料的侵蚀作用,研究其抗压强度的降低和由于剥离引起的质量变化,并测量该过程中溶蚀液电导率和溶解固形物总量的变化.采用规范规定的标准试验方法测定抗渗性能,体积稳定性则用干缩性能和早期开裂性能进行表征.结果表明:高水注浆材料和纯水泥浆在动水养护条件下强度损失和质量损失率均较小于其他类型的材料,具有较强的抗水溶蚀能力;渗透系数随着水灰比的增加而变大,随龄期的增加而减小,水灰比1.0,1.5和2.0范围内的高水注浆材料结石体28 d渗透系数均能达到1×10-10 m/s级;基于材料本身的充分反应和石膏等物质的掺入,高水注浆材料体积稳定性能也较为优异,伴随着水灰比的增加,其裂缝宽度逐渐减小,即早期抗开裂性能逐渐提高.     

砾石土防渗料压实特性

为了研究砾石土防渗料的压实特性,采用凸碾和冲碾2种方式对室内击实试验筛选的3种不同级配的砾石土(砾石土①、砾石土②和砾石土③)进行大型碾压试验。研究结果表明:3种级配砾石土防渗料压实度均满足压实度大于98%的要求;砾石土防渗料的渗透系数和压缩模量均随砾石粒度低于5 mm的质量分数增大而减小;当砾石粒度小于5 mm的质量分数分别为45%,50%和55%时,凸碾压实的渗透系数分别为8.58×10~(-6),6.61×10~(-6)和4.45×10~(-6)cm/s,渗透系数最大减小幅度达48.2%;冲碾压实的渗透系数分别为7.72×10~(-6),5.60×10~(-6)和3.30×10~(-6)cm/s,渗透系数最大减小幅度达57.2%;凸碾压实的压缩模量分别为81.84,77.35和66.95 MPa,压缩模量最大减小幅度为18.2%;冲碾压实的压缩模量分别为84.96,79.52和73.65MPa,压缩模量最大减小幅度为13.3%。综合分析3种级配砾石土的压实渗透系数和压缩模量,砾石土②为最佳级配选择。     

HG-AFS测定大气颗粒物中砷铅汞含量

采用石英滤纸和隔膜真空泵自制采样装置,对南宁市区的居民区、校园区、商业区和工业区进行连续5 d和10 d的大气颗粒物平行采样各两份,所得样品经微波消解后,用氢化物发生-原子荧光法(HG-AFS)测定砷、铅、汞的含量.实验表明:三种元素在空气中平均含量次序为:Pb>As>Hg;各元素含量在不同区域的具体次序如下:Hg,商业区>工业区>校园区>居民区;As和Pb,商业区>工业区>居民区>校园区;三种元素的最高平均含量Hg(1.540×10-4μg/m3),As(1.267×10-2 μg/m3)和Pb(3.319×10-2μg/m3)远低于我国(TJ36-96)<居住区大气中有害物质的最高容许量>中规定砷、汞和铅的最高容许浓度.     

一株扁刺蛾病毒TsNPV的分离鉴定

本实验分离、鉴定和扩增了扁刺蛾核型多角体病毒TsNPV。初步的生测实验表明:1×10~7PIB/m L、1×10~6PIB/m L、1×10~5PIB/m L、1×10~4PIB/m L、1×10~3PIB/m L感染扁刺蛾幼虫后2 d内扁刺蛾幼虫出现了死亡;扁刺蛾幼虫死亡率随着感染剂量增加而相应提高,1×10~7PIB/m L、1×10~6PIB/m L、1×10~5PIB/m L 3个浓度感染扁刺蛾幼虫后8-9 d内,扁刺蛾幼虫死亡率都达到了100%; 1×10~7PIB/m L、1×10~6PIB/m L、1×10~5PIB/m L 3个浓度的的半至死时间都为4 d左右、1×10~4PIB/m L、1×10~3PIB/m L、1×10~2PIB/m L、1×10~1PIB/m L的4个浓度的半至死时间分别为6 d、7 d、8 d和8 d,表明此毒株具有很好的杀虫效果。     

损伤层状盐岩蠕变-渗透的流固耦合实验研究

以湖北云应盐矿地下600~700 m含泥岩夹层的氯化钠盐岩试件为研究对象,进行层状盐岩的蠕变-渗透试验。研究结果表明:单轴压缩条件下层状盐岩的衰减蠕变、定常蠕变阶段显现,定常蠕变率保持在7.05×10-6/d左右;在定常蠕变阶段,盐岩层微裂隙稳定扩展,盐岩层与泥岩夹层蠕变特性的差异诱发盐岩-泥岩夹层出现剪切损伤破裂,这种层状盐岩的蠕变破裂为渗流提供了通道;未扰动的层状盐岩致密,渗透性差,而蠕变损伤状态下的层状岩盐透气系数呈数量级增加,而且渗透性能的流固耦合效应十分显著,渗透系数随体积应力与渗透压的变化而发生变化,定常蠕变阶段损伤层状岩盐的渗透系数k与有效体积应力Θe遵循负指数函数规律,其流固耦合方程为:k=2.046 2×10-10exp(-0.061Θe),这可对层状盐岩油气储库的渗漏安全评价提供参考。