高铝煤矸石脱硅滤饼碱石灰烧结法制备氢氧化铝的实验研究

采用碱石灰烧结法从内蒙古三道沟地区的高铝煤矸石中提取了氢氧化铝,实验原料经过碱液预处理,使其中的铝硅质量比(Al2O3/SiO2)由原来的0.86提高到2.21。实验研究了烧结过程中烧结温度为1100℃、1200℃、1250℃、1300℃以及生料中Na2O/Al2O3摩尔比为0.94～1.0,CaO/SiO2摩尔比为1.90～2.10时,对熟料烧结质量的影响。结果表明,在烧结温度为1200℃、Na2O/Al2O3摩尔比为1.0,CaO/SiO2摩尔比为2.1时,熟料的烧结质量最好,其中氧化铝的溶出率最高达到94%。最佳条件下得到的溶出液以一水铝石为晶种,在添加甲醇并于30℃下分解5h,铝酸钠溶液中氧化铝的分解率达到88.9%;扫面电镜结果显示,生成的铝氧水合物呈片状生长。     

多孔介质应力对孔隙压力影响的研究

通过大量的现场测试发现 ,含瓦斯煤岩是一个复杂的系统 ,煤体应力的变化是引起其他一系列变化的主导因素。随煤体应力的变化 ,孔隙压力呈指数形式变化 ;介质的渗透性受孔隙压力梯度的控制。     

人工制备初始应力各向异性结构性土方法探讨

通过对结构性黏土的研究可以掌握天然土受荷过程中的变形破坏过程,从而为考虑土结构性的结构物的设计、地基加固等提供依据。近年来随着高、深和大型建筑的兴建,结构性黏土的研究变得尤为重要。天然土都具有结构性和各向异性。发展了一种能够考虑初始应力各向异性影响的结构性土的人工制样方法。通过对原料粉质黏土中添加水泥形成颗粒之间的胶结作用,添加盐粒并溶解后形成大孔隙组构分布和在水化过程中的侧限应力状态的结构性土样的端部施加竖向荷载,从而人工制备了具有初始应力各向异性的结构性土样。然后对初始均质结构性土样、初始应力各向异性结构性土样和重塑土样进行了三轴固结排水剪切试验,初步分析了初始应力对结构性土样的应力-应变特性的影响和初始应力各向异性结构性土的破损机制。     

基于三角形滑移面的地基松动土压力研究

由岩溶塌陷、隧道开挖等方面引起的土体变形往往会对基础建设和基础结构等造成不均匀沉降、地面塌陷及开裂等危害,确定土体结构顶部松动土压力的分布情况并准确地分析土体变形与土拱效应间关系显得尤为重要。为了揭示土体变形和沉降对结构顶部松动土压力的变化规律,进行了一系列不同H/B的活动门试验（H为地基高度,B为活动门宽度）。基于试验结果,提出以三角形作为力学模型分析不同滑移面时松动土压力的数学模型,考虑了滑移面角度与土体变形及主应力偏转三者之间的关系,分析了滑移面内任意水平微分土条的主应力偏转情况并建立受力平衡微分方程,根据不同滑移面形态下的边界条件求解松动土压力理论公式,与已有试验结果对比验证了理论公式的合理性。通过对滑移面角度、侧向土压力系数和内摩擦角等主要参数进行分析,结果表明：在较小相对位移下（1%～3%）土体应力迅速发生转移和重分布,初始滑移面角度略小于π/4+φ/2（φ为内摩擦角）,随着H/B增大土体应力比缓慢增长最终趋于稳定;地基内封闭三角形滑移面的松动土压力与相对位移及内摩擦角相关;内摩擦角的增加使得土拱效应得到充分发挥,加强了应力转移,降低了土拱应力比;内摩擦角的增大减小了水平向...     

高压力作用下深部粘土冻结后卸载应力路径的力学性质研究

利用等压固结的方法将深部粘土在室内恢复至其原始地压状态,研究高压力作用下形成冻土在径向卸载状态下的力学行为、强度特征.结果表明:经等压固结再冻结的粘土试样在整个径向卸载过程中应力-应变行为属于典型的粘-塑性破坏类型,其三轴屈服强度与初始围压无关,而随冻土温度的降低呈现线性增大的趋势.卸载过程中的应力-应变行为符合修正后的Duncan-Chang模型.     

基于统一硬化模型的孔隙水压力系数

影响孔隙水压力的因素主要包括总平均应力、广义剪应力和应力洛德角。在总结了前人对孔隙水压力系数的研基础上,推导了基于统一硬化模型的孔隙水压力系数,采用变换应力的方法可以使该模型实现三维化,因此,新的孔隙水压力系数能反映上述3因素的变化对孔隙水压力的影响。     

冻融循环过程中土体的孔隙水压力测试研究

冻融循环对土的结构以及物理力学性质有着重要影响,其变化与冻融过程中的孔隙水压力变化有密切关系。但土体冻结过程中的孔隙水压力测试一直是冻土土工测试试验的技术难题。针对这一难题,研发了一种适用于冻结土体孔隙水压力测试的探头,并对砂土和粉质黏土在冻融循环过程中的孔隙水压力发展变化进行了实时监测,获得了圆柱试样冻融循环过程中不同深度处的孔隙水压力变化过程。在冻结过程中,粉质黏土形成冻结缘区及可视的分凝冰,而砂土则无冻结缘及分凝冰的形成。冻融循环过程中土体内部的孔隙水压力变化受温度、冻结速率、冻融循环以及土质等因素的影响。孔隙水压力随温度的循环变化而经历周期性变化：冻结过程中,孔隙水压力不断下降,吸力不断增加;融化过程中,孔隙水压力增大。而冻结速率、冻融循环及土质主要对孔隙水压力降的幅值变化产生影响。此外,冻结锋面位置附近孔隙水压力的下降、吸力的增加,正是水分由未冻区向冻结区迁移的主要驱动力。根据以上试验结果及其理论分析发现,所研制的孔隙水压力探头具有一定的实用性。     

土压力公式的统一解

传统的土压力公式不能反映土体材料强度的中间主应力效应,但中间主应力效应是存在的且不容忽视的。基于俞茂宏统一强度理论,考虑中间主应力效应,推导了土压力公式的统一解,给出了具有广泛意义的土压力公式,可以充分发挥材料的强度潜能,Rankine土压力公式为其特例。根据不固结不排水强度指标与固结不排水强度指标,按有效应力法与总应力法对土压力的计算公式进行了推导和分析,得出了两种强度指标下的土压力公式。另外,通过已有文献的实例进行了对比分析。     

有机质热演化过程中地层压力的作用与影响

压力对有机质演化的影响长期以来争论不断,共有3种不同意见：压力对有机质演化没有影响,压力促进有机质的演化,压力抑制有机质的演化。通过对前人所做实验的实验设备、实验样品及实验结果的分析对比发现：不同实验结果主要是由于不同实验条件引起的,特别是实验系统和加压方式的不同,对实验结果影响最大,所代表的地质意义也不同。综合分析结果表明,当压力的增加表现为沉积有机质受到的有效应力增加时可以促进有机质生烃;当压力的增加表现为孔隙流体压力增加时,有机质生烃过程将受到抑制;另外,这两种情况都可能使干酪根的镜质组反射率降低,易使人得出压力增加抑制有机质演化的结论。进一步对压力影响有机质演化的成因机制进行了分析,发现在有机质演化的不同阶段因异常压力的增压机制不同,压力在有机质演化过程中所表现出来的作用也有差异。     

土压力变化规律的应力路径三轴试验研究

土压力除了与土体的强度指标参数有关外,还与应力路径有关,如主动土压力发展过程是垂直方向应力保持不变,水平方向应力减小到极限状态的过程,而被动土压力形成过程则相反。利用应力路径控制的三轴试验仪进行了土体主、被动破坏过程的模拟试验,重点讨论了两种典型应力路径下土体的应力-应变关系,推导了土压力随应变变化的计算公式,通过试验资料对计算公式进行了验证。计算结果表明,主动土压力可用所提出的方法确定,但被动土压力的误差较大。     

冻土/岩的液相吸力与固相冰压作用机制

为研究冻土/岩内液相吸力和固相冰压在冻结过程中的作用机制,首先根据热力学基本原理,统一了不同边界条件下的理论冰压方程;然后,联立广义Clapeyron方程和Gibbs-Thomson方程,在阐释液相吸力和固相冰压物理意义基础上,给出了弯曲界面液相水的冻结温度方程;最后,将冻结温度方程引入冻结毛细管模型,将液相吸力方程代入达西定律,分别对固相冰压和液相吸力作用机制进行验证。研究表明：（1）平衡状态下的理论冰压仅与温度线性相关,与边界条件无关;（2）液相吸力来源于理论吸力与固相冰压抵消因子之差,为水分迁移统一驱动力,当固相冰压趋近于理论冰压时,液相吸力趋近于0;(3)固相冰压为绝对压力,可抵消液相吸力,而液相吸力为相对吸力,不可抵消固相冰压;（4）孔隙内的总压力仅为固相冰压,在毛细管冻结时,可达到平衡状态下的理论冰压,故遵循冰压法分凝冰形成机制。研究结果揭示了冻土/岩的液相吸力与固相冰压作用机制,对完善现有冻胀理论具有较高的理论价值和科学意义。     

静冰力学模型试验的相似比尺问题探讨

分析冰盖形成的热力学模型, 推导出室内模型试验的相似比尺. 模拟野外降温过程, 在低温实验室内进行静冰压力模型试验, 研究实验室模拟静冰压力产生过程的可行性. 结果表明: 实验室模拟最大冰厚39.8 cm, 试验历时387.4 h, 冰的冻结过程符合天然规律; 实验室目前难以模拟融化过程中天然状态的太阳辐射, 有待进一步改进降温制度. 模拟试验的冰压力最大值出现在升温阶段, 与温升率相关, 温升率越大, 静冰压力值越大; 当环境温度升至0 ℃左右时, 静冰压力达到最大值, 随后迅速消散, 符合水库冰过程观测结果.     

基于海冰分析图获取北极固定冰分布的方法研究

对北极沿岸地区固定冰的分析研究,将有助于更全面认识北极海冰的变化趋势,并为进一步探索北极航道的开发利用提供数据支撑。基于美国国家冰中心发布的2008-2018年逐周/逐两周海冰分析图发展了一个数据转化处理方法,准确提取了全北极逐周的固定冰分布格点数据。分析该时间序列发现,北极平均固定冰范围为（9.0±6.3）×10⁵ km²,呈现出（-1.0±3.9）×10³ km²·a^-1的减小趋势;4月份固定冰范围最大,多年平均值为1.6×10⁶ km²,处于北极冬季的1-6月份的范围均高于百万平方公里,而7-10月份为北半球夏季,几乎无固定冰存在。将MODIS图像作为基准数据对不同月份的七组结果进行对比验证,结果显示：结冰末期和融冰前期的平均偏差较小,如2012年3月12日的固定冰外缘线平均偏差为-0.8 km;而融冰末期的偏差较大,如2009年9月14日的固定冰外缘线平均偏差为-9.4 km;但所有月份的验证误差都小于格点网格的大小（25 km）,因此认为该方法是可行的,得到的格点数据可以代表固定冰的真实分布情况。     

基于样本熵理论的自适应小波消噪分析方法

小波消噪方法的核心问题是阈值的选择及确定.依据样本熵的特性,将样本熵与小波分析方法耦合起来,提出了一种自适应确定阈值的小波消噪分析方法.该方法计算了不同阈值对应噪声序列的样本熵值,得到阈值与样本熵值之间的关系曲线,当样本熵值达到最大时,此时阈值为所求阈值.通过算例加以验证分析,结果表明,自适应小波消噪分析方法能较好地实现水文序列的信噪分离,其消噪结果符合序列本身的特性及评价指标的要求,这为合理确定阈值提供了一种新的途径和方法.     

瓦斯解吸吸热对气体压力测定的影响与煤样罐优化

针对在山西晋城赵庄煤矿井下测定瓦斯解吸压力先升高后降低的异常情况,通过对仪器设备和现场环境存在的原因进行排查分析,确定是由于瓦斯解吸过程中吸热导致的罐内气体温度降低,从而出现解吸压力的测定结果异常。为了解决该问题,利用良好导热材料设计加工成煤样罐,使罐内外达到热平衡,分别研究煤样罐置于空气和水介质中的解吸压力,实验发现煤样罐放置空气中出现了先升高后降低的现象,而在水中解吸压力快速回升。依据实验室瓦斯恒温解吸装置的水浴原理,设计加工形成了双壁内充填水的煤样罐,定量研究分析了煤样甲烷气体解吸热、比热容及需水量,通过实验室测定分析赵庄煤矿煤样的瓦斯解吸规律,验证了该煤样罐能够满足工业应用要求。     

高压条件下含导电矿物的人工砂岩复电阻率研究

天然岩样由于孔隙结构复杂、骨架成分非单一,导致复电阻率研究困难。考虑到根据理想模型制作的人工岩样能够更好地进行实验研究,选用黄铜粉、黄铁矿砂、石墨粉、环氧树脂等材料,人工合成了不同矿物含量的柱状标准岩样,在不同高压条件下使用AutoLab-1000设备测量了标样的复电阻率,并基于Debye分解模型反演获得了人工砂岩标样的零频电阻率、极化率、时间常数等参数;详细讨论了各个模型参数与导电矿物含量、连通性、地层压力等因素的关系,研究发现地层压力和矿物成分对极化率有较大的影响。研究结果对认识高压条件下人工砂岩标样的电性特征具有实际意义。     

一种快速建立上覆岩层压力体的方法

上覆岩层压力是地层沉积压实作用的源动力,也是地层孔隙压力计算的重要基础数据。本文通过Eaton公式推导出密度变化与上覆岩层压力和孔隙压力的计算模型,验证了不同厚度下低密度泥岩对上覆岩层压力以及孔隙压力的影响关系,证实密度差异为0.3 g/cm 3、厚度从100~500 m的低密泥岩对孔隙压力的影响最大仅为0.02 psi,从3~250 Hz的频率扫描密度曲线计算得到的上覆岩层压力几乎无差别,证实上覆岩层压力仅代表沉积地层的低频成分,因此根据正常压实地层有效应力和上覆岩层压力的关系确定了基于井控地震层速度场转换上覆岩层压力体的快速方法。以渤海西部某构造为例,新方法求取的上覆岩层压力体被多口钻井一一验证,满足了快速勘探评价的需求。     

重力勘查工作中基于大样法的松散沉积层密度测定方法的改进

在重力勘查工作中,尤其是第四系覆盖区的重力勘查工作中,准确测定松散沉积层的密度,对重力资料的改正、处理、反演、解释研究等都具有非常重要的意义.一直以来,重力勘查野外工作中,均采用规则形体大样法测定松散沉积层密度.然而,野外实际工作中很难获取一个规则形体的采样坑,因此,基于规则形体计算公式得到的采样坑体积与实际采样坑体积...     

正冻土中冰透镜体形成力学判据的分析讨论

冻结缘是正冻土中从未冻区向冻结区过渡、并且非常薄的冰水共存带. 由于冻结缘在正冻土中位置的特殊性和其对冻胀的重要性, 从其概念的提出并在试验中得到证实后, 基于冻结缘的第二冻胀理论得到了快速发展. 通过分析近些年冻结缘的研究现状及冻结缘内冰-水压力关系基本可以发现, 由于受到现有观测和测试技术的限制, 描述冻结缘的很多参数大多来自于经验. 土体在冻结过程中, 在温度梯度小的情况下, 可以形成不连续的多层分凝冰. 只有了解冻结缘的特性才能更深刻了解分凝冻胀. 但关于分凝冰的形成判据却有很多种, 主要分为两类:一类是以热物理方面作为判据; 另一类是以力学方面作为判据. 通过对分凝冰形成的各种判据的综合分析和比较, 发现用冰压力和未冻水膜压力判断分凝冰形成是比较合理的, 而用孔隙压力则因为水压力概念的不清而显得模糊. 这些分析将为冻土冻胀理论的研究提供科学参考.     

基于遗忘因子的BP神经网络水文实时预报方法

在应用神经网络进行洪水预报时,因洪水系统随着河道上游来流、区间降雨、河床演变等因素的动态变化,其特性并不总是按照基本相同的规律变化,对这类系统的参数辨识,要求算法具有较强的实时跟踪能力,以适应模拟或预测洪水运动变化过程的要求。在BP神经网络模型的基础上,运用最小二乘递推算法,引入时变遗忘因子实时跟踪模型中时变参数的变化,建立了神经网络在非线性系统中动态系统输入、输出数据间的映射关系。计算实例表明:该法对参数的快速时变具有较快的跟踪能力和较高的辨识精度,是一种非常实用的水文实时预报方法。