含水煤岩变形破坏过程电荷感应和微震信号特征试验研究

为了监测煤层注水减弱煤层的冲击倾向性和底板突水增加矿井冲击危险性的效果，利用电荷感应和微震同步监测系统，对平顶山矿井的原煤和砂岩开展单轴压缩下不同含水率煤岩的电荷感应和微震监测试验，获得了不同含水率原煤和砂岩变形破裂过程的电荷感应和微震信号特征。试验结果表明：随着含水率的增大，煤岩峰值应力减小，冲击倾向性减弱，经过浸泡饱和后煤样的峰值应力和砂岩的峰值应力分别降低了21.8%和31.1%;随着含水率的增大，煤样变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数都减小，信号强度也降低，电荷感应与微震信号均方值幅值减小，而砂岩变形破裂过程中产生的电荷感应和微震信号事件数却增多，信号强度也增强；煤岩变形破裂过程产生的电荷感应信号受水的影响比微震信号受水的影响大。煤层注水后有效降低了矿井的冲击危险性，煤层变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号变弱；矿井底板突水时提高了矿井冲击危险性，从而底板变形破裂过程产生的电荷感应和微震信号增强。     

南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

水下弹射与横向动力学耦合模型研究

导弹水下发射时,在横向载荷作用下的姿态变化是影响发射安全的重要因素。笔者围绕水下弹射引起的多相流动及支承结构变形载荷,以计算流体力学方法和嵌套动网格技术为基础,依据弹体六自由度运动引起的支承载荷变化,构建水下弹射与横向动力学耦合计算模型。该模型应用于模拟弹射和横向流作用下的导弹弹射过程,模拟结果表明:采用流动与刚体动力学耦合模型计算结果与实验测量结果在最大负压冲击下误差小于5%,能够有效描述水下弹射的水-气两相流动特征,可用于水下弹射与动力学模型的耦合分析。     

浅埋双连拱隧道围岩——边坡体系变形机理及稳定性分析

双连拱隧道是一种新的隧道形式, 由于其整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐, 在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高, 尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。结合安徽铜黄高速公路汤屯段富溪隧道进口段工程, 采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段, 对复杂地质条件下偏压双连拱隧道围岩① 边坡体系在施工过程中应力应变发展过程进行了研究。综合分析表明, 富溪隧道进口段处于F5断层影响带内, 岩体呈碎裂结构,同时, 受到地形偏压影响, 隧道开挖后衬砌和围岩表现为沉降变形和侧向变形, 进口边坡在隧道围岩变形的诱导下, 表现为“蠕滑- 拉裂”变形破裂。根据以上研究成果, 提出了富溪隧道变形治理应以控制进口段隧道拱顶的变形为主。     

电场作用下向列相液晶指向矢与流动的耦合机理

作为开发液晶流动驱动的第一步,运用宏观ELP模型及Frank弹性理论对电场作用下液晶盒内向列相液晶的指向矢旋转与所引起的液晶流动之间的耦合机理进行了理论与实验研究。通过对液晶盒进行施加及撤销电场的操作,得到了液晶盒内瞬间液晶指向矢的旋转及所引起的液晶流动的变化情况。电场施加瞬间指向矢的旋转控制着流动的变化,二者同时达到最大值:指向矢旋转为350(°)/s,引流速度为30μm/s;而电场撤销的瞬间流动的变化控制着指向矢的旋转,流动特征与电场施加瞬间很相似,但持续时间很短。实验验证采用最直接的观察法,用显微镜自带CCD拍摄液晶盒在电场施加和解除过程中内部液晶引流发生的过程,通过图像分析得到实验数据,每个数据点分别通过取10次实验的平均值得到,实验结果与理论计算结果吻合。     

剪切水-气界面下湍流猝发特征的实验研究

利用氢气泡时间线-脉线组合示踪技术定量地考察剪切水-气界面下的湍流猝发现象，分析 猝发事件的信号特征，重点探讨猝发与湍能产生之间的联系. 在猝发过程中，水面近区的瞬 时流速和Reynolds切应力出现较大幅度的脉动，它们在时间和空间垂直方向上表现出高度 的相干性，这是猝发事件的一个显著特征. 在猝发期，猝发事件涉及的空间区域内Reynolds 切应力和湍流脉动强度明显比平均值和非猝发期的情况大. 其结果表明：在所考察的实验 条件下，猝发是剪切水-气界面附近湍流产生的主要过程.     

地下水对工程和环境的作用

地下水对上程建设和地质环境的作用与影响日趋显著,人们认识日益深化。实践表明,这类问题不完伞是纯水文地质问题。实质上,它是介乎于水文地质与工程地质之间,暂定名为“工程水文地质学”。专门进行在工程建设和环境地质中由于地下水作用而产生的各类工程地质问题或水文地质问题。为充分阐明问题,本文从水与岩土相互作用、基坑排水与潜蚀流沙、地基沉降与黄土湿陷、道路冻害与隧道涌水、矿抗突水与竖井破坏、坝基渗漏与稳定、坝基抗滑稳定以及与地下水有关的地质灾害问题等方面,进行了举例阐述,初步论证了重要性、问题和某些实质。目的在于,向人们揭示一个值得研究的方向,并给予充分的重视。     

激波作用下水膜变形和雾化实验研究

在激波与液滴作用研究的基础上,开展了激波作用下水膜的变形和雾化过程研究。通过阴影照相技术捕捉激波与水膜作用的典型照片,并以此分析其作用机理。通过改变激波强度观察水膜的变形和雾化情况。研究发现激波强度越大,水膜雾化后抛撒的距离越远,证明气动力在作用过程中起主导作用。使用PDPA系统对抛撒后水雾粒子的直径和速度进行测量,结果发现激波作用后初期,气动力仍起着主导作用。     

差异流动变形破坏研究

工程岩体出现许多流变现象, 它最突出的特点是差异流动变形破坏。本文从流变现象及变形量测结果论述差异流动变形破坏特征, 并且根据蠕变流动变形破坏与时间的关系进行了差异流动变形分类, 这些类型同时存在于一个岩体或岩块内。     

基于流固耦合作用的抽水引起地面沉降计算模型

过量开采地下承压水会引起地基土体的变形，进一步导致地面沉降和地裂缝等地质灾害，抽水引起地层的变形过程是土层中孔隙水和土颗粒相互作用的复杂过程．两步法和流固耦合法是计算地面沉降常用的两种思路，它们的适用性各有不同．本文基于理想的地层模型，分别建立两步法计算模型和流固耦合计算模型，利用FLAC3D6.0有限差分软件对模型进行求解，对比分析两类方法计算结果的差异．结果表明流固耦合法符合力学机制，能够更好地反映土体变形的发展过程，但计算时间更长．而两步法适用于稳定流，在渗流达到稳定流时两步法计算的孔压分布和地面沉降能够满足工程精度要求．本文的研究成果为合理选取地面沉降计算方法提供依据．     

Formation of fibrous crystals in flowing blends of polyethylene melts

Flow induced crystallization of high density polyethylene has been studied in a two-phase flow system using low density polyethylene as the carrier phase. Extensional stresses were generated under slow flow conditions by either of two methods: one involving flow past a stationary seed, the other involving a droplet deformation and bursting mechanism. In both cases, oriented, fibrillar crystallization of the high density phase was observed optically and correlated with calculations indicating the presence of flow-induced extensional gradients. Morphological, thermal, and birefringence data indicate that the crystalline fibers produced are oriented and superheatable, and consist of a multifibrillar substructure. For fibers produced by the droplet bursting process a semi-quantitative agreement was found between fiber melting point and birefringence based on a simplified analysis for the bursting induced extensional flow. These results demonstrate that two-phase flows of crystallizable systems are a convenient means for studying the phenomenon of flow induced crystallization in polymer melts.     

Study of Stall Development Around an Airfoil by Means of High Fidelity Large Eddy Simulation

Large Eddy Simulation of the bubble bursting process over a NACA-0012 airfoil at $Re_{c}=10^{5}$ indicates that the flow at a fixed angle of attack below the critical stall value exhibits a short (with respect to Gaster’s criteria, Gaster, Number CP-4 in AGARD, 1966) Laminar Separation Bubble (LSB) at the leading edge of the airfoil. The airfoil is smoothly pitched-up through the static stall angle to reproduce the bursting process of the short LSB that initiates a leading edge stall typical of low Reynolds number airfoil. The temporal evolution of characteristic length scales is monitored during the transient flow. Particular attention is paid to the characteristic time involved during the growth and bursting of the LSB. A recent empirical bursting criterion is used to analyse the LES results.     

Some features of spray breakup in effervescent atomizers

The near orifice spray breakup at low GLR (gas to liquid ratio by mass) values in an effervescent atomizer is studied experimentally using water as a simulant and air as atomizing gas. From the visualizations, the near orifice spray structures are classified into three modes: discrete bubble explosions, continuous bubble explosions and annular conical spray. The breakup of the spray is quantified in terms of the mean bubble bursting distance from the orifice. The parametric study indicates that the mean bubble bursting distance mainly depends on airflow rate, jet diameter and mixture velocity. It is also observed that the jet diameter has a dominant effect on the bubble bursting distance when compared to mixture velocity at a given airflow rate. The mean bubble bursting distance is shown to be governed by a nondimensional two-phase flow number consisting of all the aforementioned parameters. The location of bubble bursting is found to be highly unsteady spatially, which is influenced by flow dynamics inside the injector. It is proposed that this unsteadiness in jet breakup length is a consequence of varying degree of bubble expansion caused due to the intermittent occurrence of single phase and two-phase flow inside the orifice.     

中国21世纪若干重大工程地质与环境问题

21世纪中国的大规模的国家建设不可避免地导致大量的工程地质与环境问题。 2 1世纪中国西部高山峡谷地区主要工程地质问题有: 构造活动带岩土体动力稳定性, 高地应力下岩体应变储能与岩体性质, 高陡边坡的变形及尺寸效应和动力稳定性, 深埋长大隧洞的地温与地压, 深埋隧洞岩体结构探测与施工地质超前预报, 大跨度复杂洞群变形与稳定性的群洞效应, 冻土的冻融变形、稳定性及其处理技术, 可溶岩岩溶规律与岩体利用问题, 河床深厚覆盖层的处理与利用等问题; 中国东部及沿海地区工程地质问题包括: 高速交通网建设中软土地基变形与稳定性及处理技术, 深井采矿中软岩巷道大变形与处理技术, 深厚松散堆积层上大型桥梁桥基变形与稳定性, 海底隧道围岩工程地质与水文地质问题, 城市多层地下空间开发中的工程地质问题等; 此外, 水土流失与北方大规模荒漠化问题, 黄河下游地上悬河与长江下游塌岸和堤防稳定性问题, 黄河断流引起的下游地区环境问题, 我国北方干旱地区水资源长期匮乏问题, 城市化中的环境破坏与污染控制等问题, 将是中国 2 1世纪突出的环境问题。中国工程地质工作者应当在结构土力学与岩体结构力学、工程地质学的基本理论与工程地质动力学、人 地相互作用机制与环境工程地质学、地质工程理论与方法。     

煤层气在非饱和水流阶段的非定常渗流摄动解

煤层甲烷由煤层的割理裂隙系统流入生产井一般经历：单相水流、非饱和流和气、水两相饱和流三个阶段，在非饱和流阶段，储层压力降至临界解吸压力之后，储存在煤基质中的吸附气体少量被解吸出来形成互不连续的气泡并阻止水的流动，含气量尚未达到饱和程度。同时煤层甲烷运移包含渗流场、变形场和应力场的动态耦合过程。本文考虑渗流过程中水-气两相不溶混流体与固体耦合作用，建立了非饱和水流阶段非定常渗流问题的流固耦合数学模型，对该强非线性一维数学模型采用摄动法和积分变换法进行解析求解，并讨论了其压力动态特性，分析了压力随饱和度S及时间t变化的规律和气相及耦合作用的影响，这些研究对煤层气、石油和天然气的开采等地下工程领域具有一定的指导意义。     

三峡库区康家嘴滑坡破坏过程及演绎研究

三峡库区康家嘴滑坡是在其老滑坡泥石流的前缘堆积扇体中形成的新滑动变形体。滑体表面为第四纪风化土层,滑带为灰绿色粉质粘土或粘土,在降雨与库区蓄水的周期性浸泡作用下,饱和后蠕滑变形,处于欠稳定-极限稳定状态,亟需整治。本文针对其破坏过程及形态加以详细描述,并对滑坡的阶段性演绎过程加以追溯。在查清滑坡地质条件与发展趋势的基础上,通过经济对比分析,对康家嘴滑坡不同变形阶段提出了具有针对性的防治方案:在新滑坡体(强变形区)采用抗滑桩+排水沟+局部回填压脚、后部变形体采用抗滑桩+排水沟。经对滑体计算,该滑坡体处于稳定状态,达到了防灾减灾的目的。     

闽江福州河段环境工程地质问题的评价研究

江河环境工程地质问题是环境工程地质学研究的重要课题。江河沿岸环境地质条件是影响和决定沿江城市环境质量的重要背景 ;是控制和影响沿江河岸城市的环境容量和质量的重要因素。本文以闽江下游福州河段为例 ,概要评述了闽江福州河段的水动力条件和流水地质作用类型、强度等状况 ;分析研究了该河段的流水地质作用和地貌环境变化动态及其与沿江河岸人类各种工程建设活动的互相作用的特征和规律。对促进和提高沿江河岸“人—地系统”和谐协调平衡发展水平 ,正确规划、预测和评价沿江河岸各类工程建设发展的经济和社会效益及其前景 ,都具有重要意义.     

水击谐波流场中乳化油液滴粒径的PIV测量

为了掌握乳化油液滴在水击谐波流场中的碰撞、破裂、聚集和变形等微观形态的变化规律,采用粒子图像测速(PIV)技术对水平方管中乳化油液滴的水击谐波流场进行了测量,分析了在水击谐波流场中,不同激振力作用下乳化油液滴的粒径变化。测量结果表明,在水击谐波流场作用下,乳化油液滴平均粒径的增长率随着激振力的减小而减小,随着作用时间的增大呈增加趋势,直至粒径处于一种动态平衡;乳化液滴随着激振力增大到达波节聚集位置的时间减少,可见增大水击谐波激振力有利于乳化液滴的聚集并合并为大尺度的液滴,从而有效地提高了水击谐波流场作用下的油水分离效果。