惠州地下水封油库三维非恒定渗流场研究

水封地下油库渗流场的分布是油库区地下水管理和油库运行方案的基本依据之一。为了解惠州水封地下油库区地下水在施工期和运行期的变化情况,应用三维非恒定流数值方法对复杂水文条件下的洞库区渗流场进行模拟,分析了不同初始地下水位条件对洞库区围岩渗流场的影响,探讨了施工期水幕系统不注水条件对油库运行的影响。研究表明:储油主洞开挖期间,水幕系统不注水将导致洞库围岩出现大范围的非饱和区,从而影响洞库多品种油品的储存。运行期水幕注水时的水封效果良好,洞库区围岩在进行灌浆处理后的涌水量较小。     

三种模型在洞庭湖区域地下水资源量预测中的应用

为了建立适应于洞庭湖区域地下水资源量变化规律的预测模型,在分析洞庭湖区域河川天然径流量、长江三口入水量、城陵矶出水量与地下水资源量相关性的基础上,分别利用多因子逐步回归模型、BP神经网络模型和多变量时间序列CAR模型建立了3种洞庭湖区域地下水资源量预测模型,并对所建立的3种模型的预测精度和预测结果整体规律进行了对比分析。研究结果表明:地下水资源量与河川天然径流量、长江三口入水量、城陵矶出水量具有较好的相关性;多变量时间序列CAR模型的预测精度较好,BP神经网络模型的预测精度次之,而多因子逐步回归模型的预测精度较差;多变量时间序列CAR模型的预测结果整体规律优于BP神经网络模型,而BP神经网络模型的预测结果整体规律则优于多因子逐步回归模型。     

基于弹塑性损伤模型的岩石加卸载计算研究

基于经典弹塑性理论,引入损伤因子,综合考虑岩石在外力作用下的塑性变形与损伤演化,提出一种各向同性弹塑性损伤耦合模型。根据以上理论编制有限元计算程序,较好地描述了岩石在不同加卸载路径中的应力-应变特性。通过程序模拟计算,具体结论如下:在常规路径加载中,岩石的峰值强度与残余强度均随围压的增加而增加。在卸围压路径下,残余应力受初始围压影响较小,但侧向应变与体应变有着明显的增加。轴向荷载的提高使岩石损伤值增加,卸围压过程中最大损伤因子均大于同等初始围压下的常规路径试验。     

温、湿度对粉砂质泥岩单轴力学性能的影响试验

为研究粉砂质泥岩经温、湿度作用后单轴力学性能的变化,开展变温循环试验、浸水试验以及浸水条件下的变温循环试验,得到粉砂质泥岩在不同温、湿度作用下的应力-应变曲线,并分析其单轴力学指标的变化规律。试验结果表明：粉砂质泥岩单轴抗压强度与超声波速呈正相关;天然粉砂质泥岩的峰前应力-应变曲线符合塑-弹-塑性岩石的特征;干燥粉砂质泥岩经历变温循环后,单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均降低,且其降幅与循环次数、变温方向、温差变幅相关;恒温浸水时,粉砂质泥岩的轴向膨胀率和含水率在初期增长较快,后期逐渐趋于平缓,且单轴抗压强度、弹性模量及劈裂强度均随含水率的增大而降低;温、湿度共同作用于粉砂质泥岩时具有增效作用,作用效果大于温、湿度单独作用效果之和;粉砂质泥岩在单轴受压破坏后,根据其特征可分为六种破坏形态,且不同破坏形态的出现与含水率、拉压比相关。     

频率和收发距广普适用的均匀层状介质电磁场直接积分算法

在地球物理勘探中，均匀层状介质电磁场解析表达式含有汉克尔积分，其核函数为0阶和1阶Bessel函数，随着其宗量的增大，Bessel函数呈现出快速振荡和慢衰减的特性，由此造成汉克尔积分难以高效、高精度计算，特别是高频和大收发距情况下难度更大。针对这个问题，提出一种高效、高精度的直接积分方法（Direct integration method），其基本思想是Bessel函数可以在两个区间并分别用不同的多项式展开，每一区间的汉克尔积分可离散为多个单元积分之和，每个单元被积函数可采用三次样条插值函数表示，由此可求得单元积分的解析解，通过叠加，从而求得汉克尔积分的数值解。在此基础上，利用均匀全空间电偶极子电磁场的解析解，正确选取积分范围并合理剖分积分单元。数值解与解析解的对比表明该算法正确可靠。与数字滤波类算法的计算结果对比表明，该算法广泛适用于不同频率和不同收发距条件下电磁场的计算，具有较强的普适性。     

降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性的影响

为研究降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线分布、负孔隙水压力消散、稳定性的影响, 采用Geo-studio软件中的seep模块模拟短时间特大暴雨、长时间小强度降雨两种工况下边坡的入渗规律, 并结合花岗岩残积土遇水软化的特性以及饱和-非饱和理论对现有的饱和-非饱和抗剪强度理论、土体重度进行修正, 最后将渗流计算的孔隙水压力导入到FLAC^3D中对路堤稳定性进行数值模拟, 结果表明:花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线随降雨历时增加由坡脚逐渐上升;相同降雨量下, 长时间小强度降雨对边坡内部水位线上升的影响明显大于短时间特大暴雨工况;综合考虑负孔隙水压力的消散、软化效应、土体重度变化等因素的影响, 短时间特大暴雨对边坡稳定性影响较小, 长时间小强度降雨对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性影响较大。     

酸腐蚀下粉砂质泥岩力学特性及细观机理研究

为探究酸性环境下粉砂质泥岩宏观力学性质变化规律与孔隙变化规律及其内在联系,对不同pH值条件下不同腐蚀时间的粉砂质泥岩试样开展单轴压缩试验、电镜扫描试验及能谱分析试验,得到了不同溶液pH值与不同腐蚀时间对粉砂质泥岩试样宏观力学性质及细观损伤特性的影响规律。结果表明:(1)随着溶液pH值的减小及腐蚀时间的增加,试样的单轴抗压强度及弹性模量显著降低;(2)孔隙率及次生孔隙率显著增大,断口表面越来越粗糙;(3)粉砂质泥岩试样受酸溶液腐蚀机制主要是岩体内Al₂O₃等化合物与酸性溶液中的H⁺发生化学反应,从而引起试样的宏观力学性质劣化。     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考。     

多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明：动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%～30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%～35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%～20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0～1)、缓慢增长阶段(N=1～6)和增长稳定阶段(N=6～9)。各因素按显著性由高到低排序依次为：压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。     

降雨条件下裂隙各向异性对坡积土边坡渗流的影响分析

基于饱和-非饱和渗流理论, 运用Geo-studio软件中的Seep/w模块研究了裂隙各向异性与不同降雨强度共同作用下边坡的入渗规律。结果表明, 当降雨强度小于裂隙渗透系数时, 雨水入渗受降雨强度控制; 当降雨强度大于裂隙渗透系数时, 雨水入渗受裂隙渗透系数控制; 在相同的降雨时间与降雨强度条件下, 裂隙越短则裂隙内的体积含水率越高, 裂隙角度越小对边坡内部体积含水率影响越大; 增大降雨强度或增加降雨时间, 均会削弱裂隙各向异性对边坡渗流的影响。