岩体粗糙单裂隙流体渗流机制的实验研究

岩体的天然裂隙结构与渗流行为异常复杂，岩体裂隙渗流机制与定量描述一直是岩土、矿业、地质、石油及天然气工程高度关注的难点问题．为了探究岩体粗糙裂隙的渗流机制和粗糙结构的影响，本文通过岩体单裂隙物理模型的水渗流实验，利用Weierstrass-Mandelbrot分形函数和PMMA材料制作了不同分形维数粗糙单裂隙的物理模型，利用高速摄相机记录了粗糙裂隙水渗流的全过程，分析了水渗流性质随裂隙粗糙性的变化规律及粗糙结构对渗流机制的影响，阐述了粗糙结构中水渗流的流动阻力构成，建立了水流阻力与裂隙粗糙性关系的分形模型，提出了粗糙单裂隙分形等效渗透系数和计算公式，为理解和定量描述岩体粗糙单裂隙渗流性质及其与裂隙结构之间的关系提供了实验依据和参考．     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.     

耦合基质-天然裂缝渗流机理的页岩气表观渗透率

页岩储层微纳米孔隙、天然裂缝发育,不同类型孔隙中气体赋存状态和传输机理各异.本文在对天然裂缝定量表征的基础上,兼顾页岩气渗流特征和实际工程应用需要,综合考虑页岩岩芯孔-缝发育特征,基于渗透率串-并联模型建立耦合基质微纳米孔隙气体滑脱效应、扩散效应和天然裂缝渗流特征的页岩气表观渗透率模型,利用四川盆地牛蹄塘组天然裂缝发育的页岩岩样对理论模型进行验证.研究结果表明,该渗透率模型即能高度拟合天然页岩岩芯渗透率实验测量结果,又准确描述了岩芯内部基质孔隙和天然裂缝共同渗流的特点,更加符合实际渗流情况.总之,本文建立的页岩天然裂缝定量表征方法和综合考虑微纳米孔隙、天然裂缝渗流特征的表观渗透率模型不仅为页岩气藏复杂裂缝网络建模提供了一种新的手段,而且进一步推动了复杂缝网页岩气藏数值模拟研究工程应用的实现.     

水垫塘反拱底板静动力耦合分析及安全评价

泄水建筑物水垫塘底板稳定是实现泄洪消能防冲的关键所在，反拱底板工作条件复杂，其受力和破坏过程表现为高度非线性、耦合性．针对工程实践中所关注的水垫塘反拱底板安全问题开展了系统的研究．揭示了反拱底板在复杂工作条件下的受力机理和失稳模式；研究了水垫塘内的水动力荷载特性；基于粘结滑移、非线性接触理论，提出一种适用于反拱底板结构体系的非线性耦合静动力分析方法，该方法可反映水动力荷载-底板-锚筋-基岩（拱座）的耦合作用和底板结构失稳的动态过程．该方法充分考虑了多种非线性因素及静动力耦合效应，全面揭示了水垫塘反拱底板的工作条件、受力机理、失稳动态过程、影响稳定性的关键因素．     

复杂渠道工程三维渗流应力耦合分析与研究

渗流是导致渠道下沉、倾斜、断裂等诸多不良后果的重要因素，对渠道安全稳定运行危害较大．基于NURBS．TIN．BRep混合数据结构，构建南水北调中线工程某渠段的工程地质信息三维可视化模型，运用耦合VOF（volumeoffluid，流体体积函数）法的N—S（Navier．Stokes）方程，对研究区域进行渗流模拟，并采用流固耦合进行渠道稳定性计算，全面分析渠道在渗漏、下伏采空区等多种因素影响下的应力及位移状态．结果表明：渠道渗流对其稳定性影响较大，特别是对位移场的影响较为明显，渠道渗流将导致其自身产生相对较大的沉降，因此建议在实际施工过程中进行渠道的局部加固，并采取有效地渗流控制措施．     

三维双重孔隙-裂隙介质热-水-应力-迁移耦合模型及其有限元分析

建立了一种饱和-非饱和的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力-迁移耦合三维模型,其特点是应力场和温度场是单一的,但具有不同的孔隙渗流场、裂隙渗流场和孔隙浓度场、裂隙浓度场,以及可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率和刚度对本构关系的影响,并研制出相应的三维有限元程序.通过与已有算例的对比,验证了该模型和程序的可靠性.针对一个假定的高放废物地质处置库,就岩体和缓冲层均为非饱和介质和放射性核素泄漏的情况进行了数值分析,考察了岩体中的温度、负孔隙水压力、地下水流速、核素浓度和正应力的状态.结果显示,缓冲层中的温度、负孔隙水压力及核素浓度呈现非线性的变化、分布;尽管裂隙水饱和度平均仅为孔隙水饱和度的1/9,但因裂隙的渗透系数比孔隙的渗透系数大4个数量级,故裂隙中地下水的流速约是孔隙中相应值的6倍;应力分布集中的区域位于缓冲层和处置孔壁交界两侧附近.     

基于内能分解的力-热-化多物理场耦合系统连续介质力学

本文将内能分解为可逆自由内能和不可逆耗散能两部分,基于连续介质热力学获得了考虑传热、传质、化学反应和宏观形变的开放系统守恒律,以及相应的力-热-化多场耦合本构关系和演化方程的表达式,从而建立了基于内能分解的力-热-化多场耦合理论框架以及等效积分弱形式,最后给出了一个典型的力-化耦合问题数值算例.     

复层孔隙分布含油轴承的孔道渗流及润滑机制

含油轴承基体中油液的渗流行为对轴承油膜润滑性能影响显著.以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象,耦合分析轴承系统(包括轴承间隙和多孔轴承内部)的流体流动,基于Darcy定律描述油液渗流行为,并在极坐标下建立含油轴承系统的渗流润滑模型,研究轴承系统中油膜压力的分布规律,分析表面粗糙度、结构参数等对油膜润滑性能的影响.采用粉末冶金工艺制备不同表层孔隙率的复层含油轴承试样,在端面摩擦试验机上开展含油轴承的摩擦学实验,并对数值分析结果进行验证.结果表明,与普通单层含油轴承相比,不同孔隙率分布的复层含油轴承能阻止润滑油液渗入多孔介质,提高轴承润滑性能;随着综合表面均方根粗糙度增大,油膜润滑性能变好,随着表层厚度或表层渗透率增加,油膜润滑性能变差.摩擦实验与润滑理论分析具有相似的结论,验证了所建数值模型的可靠性.研究工作为明晰含油轴承渗流润滑机理及其影响机制提供一定理论依据.     

基于MRT-LBM的分形裂隙网络渗流数值模拟

单一裂隙渗流规律的研究是岩体裂隙网络渗流规律及渗流场与应力场耦合作用研究的基础和关键．由分形插值算法重构天然粗糙裂隙面，用LatticeBoltzmann方法的MRT—LBM模型，在岩石粗糙裂隙表面微观结构的层次上，对两种具有不同垂直比例因子的粗糙裂隙面进行了数值模拟，得到优势渗流路径长度后，预估了渗透率．针对难以找到优势渗流路径的天然裂隙网络，在数值试验的背景下，提出了一个新的预估渗透率的截面渗透率加权法．该算法不具体针对某条优势路径或某些较优势路径，而是考虑每个截面对阻碍流体通过的贡献．接着对两组基于图像处理的天然裂隙网络进行了数值模拟，预估了各自的渗透率并再现了偏流现象，发现优势渗流路径在演化初期已具雏形，以后逐渐被强化．此外，使用该方法可以清楚地观察到渗流网络中的局部流体流动细节，局部分支路径回流和局部漩涡可能同时存在．证明了该方法的有效性，并为后期的跨尺度渗流模拟奠定基础．     

三元复合驱提高石油采收率渗流机理的实验研究

通过建立纵向非均质油藏物理模型, 在物理模型上布置压差传感器和饱和度测量探针, 测量三元复合驱的开采效果、压力场和饱和度场变化, 研究三元复合驱提高采收率的宏观渗流机理. 渗流场变化是三元复合驱提高采收率的重要原因, 油藏内压力变化和饱和度变化是非线性耦合在一起的, 它们之间的相互作用导致了三元复合驱渗流场的变化. 对于纵向非均质油藏, 三元复合驱提高采收率的机理是: 高渗层内主要通过驱替残余油, 提高驱替效率而提高采收率, 渗流场的变化使三元复合剂波及到中低渗层, 驱替出中低渗层的剩余油, 同时提高宏观波及效率和驱替效率而提高中低渗层的采收率.     

风力发电冷却技术

随着风力发电机单机容量的逐步增大，发电机内各部件的散热量也将大大增加，如何有效解决发电机的温升瓶颈，已成为风力发电机进一步发展的关键问题之一。本文首先对风力发电的原理与结构进行了综述，分析了风力发电机运行过程中热量产生的部件和原因，介绍了目前风力发电机组所采用的冷却技术，并在此基础上对下一代大功率风力发电机冷却技术进行了展望。     

硬岩掘进机振动特性研究

基于Pro／E、MATLAB、ADAMS和ANSYS联合构造的协同仿真环境，建立了掘进机截割部刚柔耦合虚拟样机的振动模型。施加外部激励，利用ADAMS／VIBRATION模块对其振动特性开展了研究，确定出回转台在截割硬岩载荷激励作用下的响应，得出对系统整体性能不利的模态振型和频率；并与减速机构转动频率进行比较，为掘进机截割部的振动提供了理论依据，对全面掌握截割部系统的动态性能具有重要价值。     

坚硬顶板深孔爆破卸压技术及其模拟优化

工作面回采过高冲击危险区时，采用深孔爆破技术，提前释放坚硬顸板内储存的弹性能，可以降低冲击危险，能有效地避免冲击地压灾害发生。以济三煤矿6303工作面实际地质情况为研究背景，从岩石爆破机理出发，计算出合理的钻孔间距；利用Ansys有限元非线性动力学软件，对不同爆破孔间距深孔预爆破方案和爆破效果进行爆破效果模拟，分析了爆破应力波传播规律和裂纹扩展情况，找出最优爆破参数。     

大理岩单轴受压全过程细观损伤量化研究

设计基于SEM的大理岩细观损伤全程数字化跟踪试验方案，对四川锦屏大理岩试样进行了单轴压缩细观损伤的全程试验。基于数字图像处理技术，对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行定量分析，提取试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据。然后利用统计学理论对获取到的32组试样微裂纹的损伤全过程的细现信息进行了统计分析，得到在单轴压缩过程中微裂纹的方位角、长度和间距服从变参数的广义极限分布这一结论，最后引入G Swoboda损伤理论，模拟得到单轴压缩试验的应力一应变关系，并与实际试验的结果进行了比较。结果显示可以较准确模拟单轴压缩力学状态下的应力一应变关系。     

利用共轭梯度法反演钢包内钢液温度分布

为提高钢铁生产中浇铸的命中率，需对钢包内钢液温度进行测量，传统方法是用热电偶直接测量，但热电偶易损坏、成本高，且测点数目有限，不能完全反应钢液温度分布情况。针对上述问题，提出使用共轭梯度法（CGM）反演钢液温度分布。建立钢包的二维稳态传热模型，采用有限元法对钢包传热模型进行离散，获得钢包传热系统温度场；通过构建误差信息最小化函数，建立反演模型，利用CGM对刚包内钢液温度分布情况进行反演。并对某80t钢包模型仿真试验。试验证明，利用上述传热学反问题能够有效的对钢包内钢液的温度分布情况进行辨识，证实了通过传热学反问题方法辨识钢包内钢液温度分布的有效性，为钢包内钢液温度的准确识别提供新的技术手段。     

Ω型轴向槽道热管传热性能的实验研究

论文针对现有热管实验手段的不足，自行搭建了集加热系统、冷却系统、角度调节系统和温度测量系统于一体的Ω型轴向槽道热管传热性能实验台，考察了加热功率、工作倾角、冷却条件等因素对热管工作特性的影响。结果表明：实验所用热管水平放置时最大传热量较小，若改善冷却条件可提高热管的传热能力；当热管放置为重力辅助作用时，热管传热能力显著改善，反向放置时，热管无法正常工作。研究结果对于热管在飞行器中的应用研究具有参考价值。     

大兴矿采区巷道热害分析及其模拟

基于煤矿深井高温的原因，结合实际的勘查和测定来分析大兴矿采区巷道热害的主要热量来源，并给出各个热源放热量的具体计算方法。运用CFD软件对采区巷道的温度场进行模拟。     

The Archaean controversy in Britain: Part II—The Malverns and Shropshire

An account is given of early geological researches in the Malverns, the Church Stretton area, and the Wrekin. The reconnaissance work of Murchison suggested that each of these areas had Silurian sediments, intruded by igneous rocks (called trap or syenite). The early Survey maps were compiled on this theoretical basis, with the result that the Silurian sediments were regarded as the oldest rocks in Shropshire and the Malverns. Local geologists, working in the three areas, and with sufficient time to study the exposures in detail, began to develop the idea of ‘islands’ of Precambrian (Archaean) rock (perhaps showing some stratification), having younger sediments deposited thereon. This Archaean model was taken up and actively developed, and the stratigraphical details worked out, with the island model being gradually modified. Debates were stronger between members of the ‘Archaean’ fraternity than with the Survey. Traces of trilobite remains were found by Callaway at Comley, near Caer Caradoc, and were identified by Lapworth as Olenellus, enabling the underlying Wrekin Quartzite to be established as the base of the Cambrian, in agreement with ideas developed in North America and Scandinavia. Arguments are detailed concerning the relative ages of the ‘Uriconian’ and ‘Longmyndian’ rocks, and their constituent units. Both were agreed to be Precambrian, but the evidence in terms of field mapping, in relation to the Wrekin Quartzite, is not complete. The problems of stratigraphical work in unfossiliferous rocks are displayed, and also the efforts to achieve correlations with areas such as Pembrokeshire and Anglesey are described. Though consensus has been reached on the Precambrian status of the Malvernian, Uriconian and Longmyndian rocks, radiometric age determinations and other evidence throw doubt on some aspects of the consensus, and research continues.     

壳体辐射物性参数对平流层飞艇热特性影响的研究

建立了飞艇的传热数学模型，包括热平衡方程，太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、对流换热，以及飞艇内表面之间的辐射换热等。在此基础上，对平流层飞艇悬浮过程中壳体和浮升气体的温度变化进行了数值模拟，得到定点悬浮过程中平流层飞艇壳体的三维温度分布和飞艇浮升气体昼夜变化规律，重点分析了壳体辐射物性（太阳吸收率和发射率）对浮升气体温度昼夜变化和飞艇壳体温度分布非均匀性的影响，从而便于计算和分析由热问题引起的壳体应力，为飞艇壳体的选择和设计提供依据。     

微反应器的发展现状

微反应器在传质、传热、恒温等性能方面的表现都明显优于传统反应器，小尺寸、较大的面积体积比、规整的微通道使它便于运输又安全快捷.本文就微反应器的设计、制造、原理和放大等一系列问题的研究现状进行了总结和概括，并对它的应用前景进行了展望。