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基于根系形态与层次结构的草本根系固土力学机制研究

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基于根系形态与层次结构的草本根系固土力学机制研究

作者：袁海莉西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着国家越来越重视生态环境,生态护坡技术也得到更广泛的应用,但植物根系对土体的加固作用认识还不够清楚,尤其是植物根系埋藏在地下,很难获得真实的形态与层次结构。目前的研究往往忽略根系动态生长,对根系形态特征过度简化,... 详细信息

近年来,随着国家越来越重视生态环境,生态护坡技术也得到更广泛的应用,但植物根系对土体的加固作用认识还不够清楚,尤其是植物根系埋藏在地下,很难获得真实的形态与层次结构。目前的研究往往忽略根系动态生长,对根系形态特征过度简化,导致根系固土力学机制的研究与实际情况相差甚远。因此,论文选取典型的护坡植物黑麦草为研究对象,通过种植试验、根系拉拔试验及根土复合体的直剪试验,得到根系及根土复合体的力学特征;建立符合真实黑麦草生长规律的具有多层次结构特征的复杂根系三维模型,研究了根系形态与层次结构对根系固土的影响,提出植物根系固土作用的量化分析方法,全面论述了具有复杂结构特征根系固土的力学机制,为边坡研究根系固土作用及生态护坡工程提供了一种力学计算模型及理论依据。主要工作与结论如下:(1)开展黑麦草种植试验,得到黑麦草根系的生长分布指标,提取出黑麦草生长模拟关键参数,对根系及根土复合体的力学性质进行测试及分析。黑麦草单根最大抗拉力与根直径正相关,函数关系式为F=0.8008e,单根的抗拉强度和根直径之间存在反幂函数关系,P=13.565D,拉拔力与生长时间、根径的关系正相关;黑麦草根系的主要作用是提高根土复合体的黏聚力,表现为随生长时间增长,先缓慢增加,后加速增长,然后减缓;随深度的增加,根土复合体的黏聚力值不断减小,先快速下降,后缓慢下降;根土复合体的黏聚力随种植密度的增加而增加。(2)采用课题组研发的Mech Root程序构建符合黑麦草根系结构特征的复杂根系三维模型,实现根系三维模型到根土复合体数值分析模型转换,开展根系形态对根系拉拔特性的影响研究。研究表明:随根系形态逐渐复杂,根系的拉拔承载力和固持力不断提高;根系拉拔破坏曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、破坏阶段,根系抵抗拉拔主要依靠一级根,二级根能发挥一定的作用,三级根发挥作用较小;根系形态越复杂,与土体的连接越紧密,对周围的土体的挤压、剪切以及加筋作用越强。(3)通过建立不同层次结构的根系模型,开展根系层次结构对根系拉拔特性的影响研究。研究发现:根系的层次结构越多,轴力分布的范围越广,根系总轴力的增长不是简单的由二级根和一级根的轴力累加得到,更多的是由于根系的分枝结构、形态变得复杂,引起的三维加筋效应加强,从而所有根系整体的力学效应加强;随拉拔位移增大,塑性屈服点不断沿着一级根往下发展,同时在一级根、二级根的分支点的位置集中并沿着二级根发展;对比发现,根系的弯曲特征能够改变土体的塑性点分布,传统锚杆根系为竖直的杆件,几乎不承受侧向压力,无法带动周围土体抵抗外界荷载,使土体具有弹塑性变形的能力。(4)通过对复杂结构特征根土复合体的剪切特性研究,阐明了根系形态与层次结构对根系固土的影响。研究表明:根系能够对根周土体的位移发挥明显的约束效果,形态越复杂,约束效果越好,同时能提高土体的韧性和延性,使剪切面附近土体的塑性区逐渐从剪切体边缘部分向根系周围集中,和土体共同承受外部剪切力引起的变形,提高根土复合体的抗剪强度;随根系层次结构增加,根系周围的剪应力和塑性区的分布不断增大,根土复合体剪切强度也不断增大,而传统杆件根系上几乎没有塑性点,无法对根周土体产生有效影响,模拟结果可靠性不高。(5)提出一种采用不同层次根系总轴力与整体轴力之比和轴力水平来量化根系固土能力的分析方法。虽然一级根的轴力水平远远大于二级根、三级根,但随根系复杂程度不断增加,二级根、三级根参与到根系固土作用的比例不断增大,且二级根的提升远大于三级根,二级根、三级根对固土的最大贡献分别从24.78%(10 d)增长至43.69%(28 d)和0.1%(10 d)增长至13.80%(28 d)。这一结论弥补了目前只强调一级根加固作用的不足。(6)开展群根根土复合体的直剪试验研究。随根系密度增加,根系对土体的位移的约束范围和塑性区范围不断扩大,落在根系上以及根周土体的塑性点明显增加,“加密区”不仅表现为塑性点数量更多,更密集,且范围更广,根土复合体的整体性更好;塑性区首先出现在剪切面的边缘,后逐渐向剪切面的中部扩展至整个剪切面,剪切盒对边缘部位土体的剪切作用大于中间部位的土体,且左右边缘比上下边缘更明显;随种植密度的增加,根土复合体的抗剪强度不断增大。(7)全面阐明了复杂草本群根根系的固土力学机制,主要包含草本根系复杂形态与多层次结构引起的三维加筋效应和群根联合作用。根系自身的力学性质使得根系具有固土能力,从而增强根土复合体强度,根系与土体的紧密接触、锚固作用以及弯曲特征使根土复合体具有了整体耦合的弹塑性变形能力以及各级别根系组合的协同受力机制;复杂群根的网状结构,使得根土复合体在受力过程中相邻根系的交叉重叠形成“加密区”,不同层次结构的群根与土体紧密结合形成一个有机整体协同承担荷载,带动更大范围土体发挥抗剪作用。

关键词：草本根系形态分布力学模型拉拔试验根土复合体直剪试验根系轴力有限元模拟

含浊沸石砂岩储层孔隙演化特征及其对储层质量的影响——以鄂尔多斯盆地东南部延长组长101储层为例

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地质科学 2020年第3期55卷 767-781页

作者：袁珍李文厚袁海莉郭艳琴西安石油大学地球科学与工程学院西安710065 西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室西安710065 西北大学地质学系/大陆动力实验室西安710069 中石油青海油田分公司勘探开发研究院甘肃敦煌736202

鄂尔多斯盆地延长组储层中具有分布极不规律、成因复杂的浊沸石胶结物,其成岩演化特征对储层孔隙的演化有一定影响。为了解盆地含浊沸石砂岩储层的孔隙演化特征,以鄂尔多斯盆地东南部长101储层为研究对象,运用铸体薄片、图像粒度分析、... 详细信息

鄂尔多斯盆地延长组储层中具有分布极不规律、成因复杂的浊沸石胶结物,其成岩演化特征对储层孔隙的演化有一定影响。为了解盆地含浊沸石砂岩储层的孔隙演化特征,以鄂尔多斯盆地东南部长101储层为研究对象,运用铸体薄片、图像粒度分析、扫描电镜手段、X-衍射、包裹体测温等手段,分析了研究区长101储层的岩石矿物特征、成岩作用类型,结合埋藏史、热史、生烃史,明确了各成岩事件的形成序列,定性描述、定量分析了各成岩作用下孔隙度的演化模式,并重点刻画了浊沸石在该储层成岩演化中的角色及作用。研究表明:研究区长101储层以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主,属于典型的低孔低渗储层,储集空间以粒间孔和长石溶孔、浊沸石溶孔等次生溶蚀孔为主。成岩作用类型主要包括压实作用、胶结作用和溶蚀作用,综合判断储层处于中成岩A期。经孔隙定量演化的计算,长101储层压实作用、胶结作用是储层致密化的原因,溶蚀作用可有效改善储层物性。储层中浊沸石的差异性成岩演化对储层物性产生了不同影响:早成岩B期呈嵌晶状充填于粒间孔中的浊沸石降低孔隙度的贡献率达27.1%,中成岩A期后随着大量生烃,浊沸石产生的次生孔隙对于孔隙度的增加贡献率为44.1%,总体看浊沸石对长101储层起到了改善储层储集性能作用。

关键词：孔隙演化浊沸石储层质量长101储层鄂尔多斯盆地东南部

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新建公路施工管理过程的策略分析

中国科技期刊数据库工业A 2023年第6期 159-162页

作者：袁海莉河南省路桥建设集团有限公司河南商丘476000

鉴于高速公路附近地质条件的复杂情况,高速公路是公路建设类别中难度梯度最大的工程。除此之外,相关交通部门对于高速公路施工质量,也提出高标准和严规定。综上,造成高速公路的施工困难的现状。施工建设要保质保量的进行,同时要在规定... 详细信息

鉴于高速公路附近地质条件的复杂情况,高速公路是公路建设类别中难度梯度最大的工程。除此之外,相关交通部门对于高速公路施工质量,也提出高标准和严规定。综上,造成高速公路的施工困难的现状。施工建设要保质保量的进行,同时要在规定的时间内交付。要求对于新建设的高速公路必须对施工环节和流程进行严格把控。本文将从高速公路监理组织机构、工程质量把控、施工顺序及质量等方面进行分析研究,旨在为后续高速公路建设提供参考和借鉴。

关键词：高速公路质量监理

根系形态和层次结构对根土复合体力学特性影响研究

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岩土工程学报 2022年第5期44卷 926-935,F0003页

作者：徐华袁海莉王歆宇王栋陈建勋荣才权西南交通大学土木学院四川成都610031 中铁二院工程集团有限公司四川成都610031

植物根系的结构特征包括形态和层次结构,对根土复合体力学特性影响显著。通过开展黑麦草生长参数测试及直剪试验,获得了不同时期根土复合体的力学特征;采用自主研发的MechRoot程序建立了符合黑麦草根系结构特征的根土复合体模型,研究黑... 详细信息

植物根系的结构特征包括形态和层次结构,对根土复合体力学特性影响显著。通过开展黑麦草生长参数测试及直剪试验,获得了不同时期根土复合体的力学特征;采用自主研发的MechRoot程序建立了符合黑麦草根系结构特征的根土复合体模型,研究黑麦草不同形态和层次结构根系在直剪过程中的轴力水平以及占比情况,阐明了根系形态与层次结构对根土复合体力学特性影响及固土作用机理。研究表明:植物根系能明显提高土体的强度,根土复合体的抗剪强度增加主要是由黏聚力增加引起,增幅最大达4.99 kPa;随根系形态复杂程度增加,剪切过程中根系能够调动更大范围土体抵抗剪切变形,根系周围的剪切带和塑性区分布范围不断增加,并向根系周围集中,根土复合体的抗剪强度提高;根土复合体剪切过程中,各层次根系发挥作用逐渐变化,一级根、二级根、三级根的轴力水平分别为3.87,1.50,0.15 N,随根系生长发展,二级根、三级根参与到根系固土作用的比例不断增大,最大贡献分别为43.69%,13.80%。

关键词：根土复合体直剪试验根系形态分布根系轴力有限元模拟

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灌木根系植入土质边坡的有限元模拟分析

路基工程 2021年第5期 35-39页

作者：袁海莉西南交通大学土木工程学院成都610031

为研究灌木根系植入土质边坡浅层不同位置与深度的加筋锚固作用,建立了根系植入边坡的二维平面模型,并分析了在边坡土体自重作用下的根系主根轴力分布与塑性破坏时的坡体内位移分布。模拟计算结果表明:植入土质边坡坡脚附近的灌木根系... 详细信息

为研究灌木根系植入土质边坡浅层不同位置与深度的加筋锚固作用,建立了根系植入边坡的二维平面模型,并分析了在边坡土体自重作用下的根系主根轴力分布与塑性破坏时的坡体内位移分布。模拟计算结果表明:植入土质边坡坡脚附近的灌木根系可以对边坡浅层土体起到锚固作用;灌木根系植入土质边坡可以降低边坡土体塑性破坏时的坡体位移,使边坡稳定性有所提高,可为植被护坡工程浅表层加固效果评价提供一定依据。

关键词：植被护坡有限元模拟灌木根系锚固作用边坡稳定性

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浅谈低渗透砂岩储层裂缝特征及其识别方法

地下水 2013年第6期35卷 185-186页

作者：袁珍刘昊伟袁海莉西安石油大学地球科学与工程学院中国石油勘探开发研究院中国石油青海油田分公司勘探开发研究院

低渗透砂岩储层是我国陆相沉积盆地中一种重要的油气储集层类型,普遍发育的裂缝是低渗透砂岩储层的主要渗流通道,控制着低渗透砂岩油气藏的渗流系统,了解低渗透储层的裂缝并准确识别它成为储层研究的重点。按照裂缝形成的主控因素将低... 详细信息

低渗透砂岩储层是我国陆相沉积盆地中一种重要的油气储集层类型,普遍发育的裂缝是低渗透砂岩储层的主要渗流通道,控制着低渗透砂岩油气藏的渗流系统,了解低渗透储层的裂缝并准确识别它成为储层研究的重点。按照裂缝形成的主控因素将低渗透砂岩储层的裂缝分为构造裂缝、层间裂缝和成岩裂缝三种主要类型。描述和预测低渗透砂岩储层裂缝的地质方法可以概括为直接观测地质识别法,地球物理探测方法和间接的数值模拟识别法三种方法。这三类方法在低渗透致密油气藏的勘探中都已被广泛的应用,并取得了较好的效果。

关键词：低渗透砂岩储层裂缝识别方法

鄂尔多斯盆地东南缘延长组浊沸石胶结物特征及其成岩模式

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西北大学学报（自然科学版） 2020年第1期50卷 124-134页

作者：袁珍郑艳忠袁海莉杨喜彦李文厚西安石油大学地球科学与工程学院/陕西省油气成藏地质学重点实验室陕西西安710065 延长油田股份有限公司志丹采油厂陕西延安717500 中石油青海油田分公司勘探开发研究院甘肃敦煌736202 青海油田公司开发处甘肃敦煌736202 西北大学地质学系/大陆动力实验室陕西西安710069

通过薄片观察、扫描电镜、电子探针、X衍射等微观分析手段,对鄂尔多斯盆地东南缘延长组发育的浊沸石胶结物进行研究。研究表明,区内发育了受控于东北及南部物源两个方向的沉积体系,浊沸石分布在这两个沉积体系的延长组下组合中的长10,长... 详细信息

通过薄片观察、扫描电镜、电子探针、X衍射等微观分析手段,对鄂尔多斯盆地东南缘延长组发育的浊沸石胶结物进行研究。研究表明,区内发育了受控于东北及南部物源两个方向的沉积体系,浊沸石分布在这两个沉积体系的延长组下组合中的长10,长9油层组中,仅在东北沉积体系浅层长3油层组出现了浊沸石胶结物。结合含浊沸石砂岩的岩石学特征及自生胶结物的赋存状态与其他自生矿物及骨架颗粒之间相互关系,认为研究区延长组浊沸石的形成受控于物源区母岩的特征及成岩流体的演化特征,以此建立浊沸石的成岩模式,明确研究区浊沸石的成因,进一步分析了浊沸石胶结物对延长组储层储集性能的双重影响(即早期堵塞孔隙、晚期因溶蚀而改善储层),为延长组优质储层的预测提供了依据。

关键词：鄂尔多斯盆地东南缘延长组浊沸石成岩模式优质储层

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柴达木盆地英西地区中深层油气成藏过程分析

天然气地球科学 2017年第12期28卷 1846-1854页

作者：王琳赵孟军孟庆洋王鹏王科袁海莉申磊军雷刚中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油天然气集团公司盆地构造与油气成藏重点实验室北京100083 中国石油青海油田公司勘探开发研究院甘肃敦煌736202 青海油田涩北作业公司青海格尔木816099 青海油田测试公司青海茫崖816400

近年柴达木盆地英西地区已形成亿吨级规模储量区,主要是受广覆式灰云岩储层、优质盐岩盖层、晚期隆起背景复合控制,形成源—储一体的咸化湖相碳酸盐岩大型构造—岩性油气藏。英西地区位于柴达木盆地西部新生界主力烃源岩发育区内,中深层... 详细信息

近年柴达木盆地英西地区已形成亿吨级规模储量区,主要是受广覆式灰云岩储层、优质盐岩盖层、晚期隆起背景复合控制,形成源—储一体的咸化湖相碳酸盐岩大型构造—岩性油气藏。英西地区位于柴达木盆地西部新生界主力烃源岩发育区内,中深层(下干柴沟组)具有近油源的先天优势,前人认为英西中深层油藏原油主要源自古近系烃源岩,对油源类型及优质储层的发育模式等进行了很多研究,但对于中深层油气充注期次和成藏过程并未进行深入研究。通过储层定量颗粒荧光、包裹体岩相学、显微测温等分析技术,结合埋藏史和热史,系统分析了英西地区中深层油气成藏演化过程。英西地区中深层原油主体为正常的中质油,但储层的QGF-E和TSF特征表明具有重质、极性极强的原油存在;储层中主要发育黄色和淡蓝色荧光2类烃包裹体,结合伴生盐水包裹体均一温度及埋藏史和热史分析认为,英西地区中深层主要经历了下油砂山组沉积末期(15Ma)的低成熟阶段原油充注、上油砂山组沉积末期(7Ma)至今的成熟—高成熟阶段原油充注的2期成藏过程;同时,由于受喜马拉雅晚期强烈构造运动影响,中深层油藏经历了原油充注和向上覆地层调整的过程。

关键词：储层定量颗粒荧光流体包裹体油气成藏期次英西地区柴达木盆地

数据治理实现业务数据互联互通——以市政集团数据中台升级项目为例

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中国建设信息化 2023年第3期 76-78页

作者：沈君华吴俊孟云海袁海莉上海城建市政工程(集团)有限公司上海智能交通有限公司

在“十四五规划”和“数字化转型”大背景下,产业信息化发展如火如荼。建筑类企业因信息化程度较低,所以未来提升空间很大。建筑类企业可以结合企业自身实际,大胆使用主流信息化技术,持续进行技术迭代,提升企业运营效率,促进企业管理提... 详细信息

在“十四五规划”和“数字化转型”大背景下,产业信息化发展如火如荼。建筑类企业因信息化程度较低,所以未来提升空间很大。建筑类企业可以结合企业自身实际,大胆使用主流信息化技术,持续进行技术迭代,提升企业运营效率,促进企业管理提质增效。中台技术框架体系较好的适配了这个需求,能高效的实现企业数据的互联互通,对信息化管理起到了事半功倍的作用。

关键词：建筑行业信息化管理数据治理数据共享数据主责

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