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基于矿物溶解理论的砂岩化学损伤动态模型

材料导报 2024年第8期38卷 159-165页

作者：梁艳玲霍润科宋战平穆彦虎秋添宋子羿西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室西安710055 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730050

酸腐蚀环境下岩石物理力学性质的劣化本质上由岩石矿物的溶解引发的孔隙微裂隙的扩展贯通所致。为研究酸性环境下砂岩矿物的溶解特性,选择pH=1、3的盐酸溶液为腐蚀环境,借助X射线衍射试验鉴定砂岩矿物成分及含量,测试不同浸泡周期下溶液... 详细信息

酸腐蚀环境下岩石物理力学性质的劣化本质上由岩石矿物的溶解引发的孔隙微裂隙的扩展贯通所致。为研究酸性环境下砂岩矿物的溶解特性,选择pH=1、3的盐酸溶液为腐蚀环境,借助X射线衍射试验鉴定砂岩矿物成分及含量,测试不同浸泡周期下溶液的pH值、阳离子浓度、岩样的质量及其纵波波速,并通过矿物溶解理论与化学动力学原理,建立反映整个腐蚀过程的砂岩化学损伤动态模型。研究结果表明:酸性环境下砂岩的损伤主要由长石和方解石的溶解所致,矿物溶解反应分为界面吸附、界面交换、解吸附三个步骤,且步骤最慢者对整个反应起控制作用。矿物溶解速率与H+浓度的n次幂成正比,且0工程的安全性评估与灾害防治提供理论参考。

关键词：砂岩矿物溶解化学损伤模型孔隙度纵波波速

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全球冰川融水无机化学研究进展

地理学报 2024年第5期79卷 1129-1145页

作者：闫玉强李向应刘莎杨瑞苏茜蕊易童陕西省地表系统与环境承载力重点实验室西安710127 西北大学城市与环境学院西安710127 河海大学水文水资源学院南京210000

冰川融水是营养盐与生物活性元素运移的主要载体。融水化学是研究冰川排水系统及其动态变化特征,洞悉生物地球化学循环过程,探索冰川消退与气候变化关系的重要手段。随着冰川加速消融,侵蚀风化作用日益增强,融水化学特征发生了明显变化... 详细信息

冰川融水是营养盐与生物活性元素运移的主要载体。融水化学是研究冰川排水系统及其动态变化特征,洞悉生物地球化学循环过程,探索冰川消退与气候变化关系的重要手段。随着冰川加速消融,侵蚀风化作用日益增强,融水化学特征发生了明显变化,对下游水质水环境和生态系统可能产生显著影响。回顾了全球冰川融水中无机化学成分含量及其时空变化特征、溶质来源及其比例、化学风化与碳循环关系,发现融水化学受基岩性质、排水系统、物理化学和地形地貌等多种因素影响。未来需要加强融水无机和有机化学参数与水文气象要素的同步连续监测,评估冰川源溶质的环境生态效应,探究冰川区化学风化作用耦合机制与溶质输移和大气CO_(2)收支的关系,为未来冰冻圈与碳循环和气候演化关系研究提供参考。

关键词：无机化学化学风化融水冰川

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高温高含冰量冻结砂土的三轴压缩力学特性

哈尔滨工业大学学报 2024年第7期56卷 124-131页

作者：马付龙刘恩龙王丹康建宋丙堂冻土工程国家重点实验室(中国科学院西北生态环境资源研究院) 兰州730000 中国科学院大学北京100049 四川大学水利水电学院成都610065

为深入研究高温高含冰量冻土的力学特性与变形机制,以不同含冰量的冻结砂土为研究对象,通过开展-1.5℃下的三轴压缩试验,讨论了围压和含冰量对冻结砂土力学特性的影响,并分析了常规饱和冻土与高含冰量冻土在变形机制上的差异。结果表明... 详细信息

为深入研究高温高含冰量冻土的力学特性与变形机制,以不同含冰量的冻结砂土为研究对象,通过开展-1.5℃下的三轴压缩试验,讨论了围压和含冰量对冻结砂土力学特性的影响,并分析了常规饱和冻土与高含冰量冻土在变形机制上的差异。结果表明:针对砂土提出的“冰砂混合,分层压实,下部补水”的制样方法可制出土颗粒分布均匀的高含冰量饱和冻土试样;高含冰量冻结砂土与饱和冻结砂土的强度和体变差异很大,但不同含冰量的高含冰量冻结砂土的应力-应变关系和体变很接近;不同围压下的67%含冰质量分数冻结砂土均为应变软化型,且随着围压的增大,试样应变软化的程度逐渐降低,体变逐渐由体胀向体缩转化;饱和冻结砂土受力时是由土颗粒、冰和未冻水共同承担;而高含冰量冻结砂土主要由冰直接承担外力,冰中夹杂的土颗粒间接地影响了冰的力学性质。

关键词：高温高含冰量冻土砂土三轴试验力学特性变形机制

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地质灾害作用下埋地管道力学响应数值分析进展及问题探讨

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化工设备与管道 2024年第5期61卷 72-78页

作者：董亚王飞浙江交工集团股份有限公司浙江杭州310051 江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

断层、滑坡、泥石流、局部沉陷、隧道开挖等引起的管周土体失稳严重威胁埋地管道的稳定性,避免因为地质灾害的影响而造成管道破坏,是城市和油气田地下生命线工程急需解决的问题。数值模拟作为埋地管道与管周土相互作用分析的主要技术手... 详细信息

断层、滑坡、泥石流、局部沉陷、隧道开挖等引起的管周土体失稳严重威胁埋地管道的稳定性,避免因为地质灾害的影响而造成管道破坏,是城市和油气田地下生命线工程急需解决的问题。数值模拟作为埋地管道与管周土相互作用分析的主要技术手段,可为埋地管道的全寿命设计提供更为快捷准确的指导。该文简述了地质灾害作用下埋地管道力学响应数值分析的研究进展,主要包括埋地管道典型地质灾害特点、管土相互作用单元及管道穿越地质灾害区有限元模型,并针对地质灾害作用下管道力学行为研究中所存在的问题,提出今后应开展基于壳式模型的管土相互作用、多种地质灾害耦合作用下管道力学行为和基于应变设计与评估准则的研究。

关键词：埋地管道地质灾害相互作用冻土基于应变设计

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考虑时间滞后效应的库岸滑坡位移预测

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第8期49卷 1347-1355页

作者：杜岩宁利泽谢谟文白云飞李恒贾北凝北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 建设部综合勘察设计研究院有限公司北京100007

在库区滑坡位移预测预报研究中,库水位响应的滞后性使得传统滑坡位移预测模型难以分析单调增长的阶跃式变形特征,严重影响预测结果。基于此,在考虑库水位时间滞后效应基础上,建立了一套可应用于工程现场的自回归分布滞后位移预测模型,... 详细信息

在库区滑坡位移预测预报研究中,库水位响应的滞后性使得传统滑坡位移预测模型难以分析单调增长的阶跃式变形特征,严重影响预测结果。基于此,在考虑库水位时间滞后效应基础上,建立了一套可应用于工程现场的自回归分布滞后位移预测模型,并在金沙江上游某库岸滑坡进行工程应用。工程研究案例得出,库水位上升、地震是该滑坡变形加剧的主要诱发因素,且库水位作用于滑坡变形的滞后天数为8天,新模型计算滑坡累积位移与实际位移相关系数高达0.992 7,均方根误差为14.11 mm。此外,通过计算趋势速率比指标可以为滑坡监测预警提供新的敏感性评价参量。该研究不仅建立了一套具有物理意义的库岸滑坡位移预测模型,实现了滑坡位移的综合分析,而且实现了地震对滑坡位移演化贡献的定量计算,为蓄水期库岸滑坡演化全过程的安全风险管理提供了新的技术支持。

关键词：滑坡位移预测时间滞后效应自回归分布滞后模型库水位趋势速率比

考虑初始饱和度影响的冻结渠坡膨胀土力学特性

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：田金博张勇敢鲁洋马文鑫刘斯宏王柳江刘瑾河海大学水利水电学院河海大学地球科学与工程学院大坝长效特性及环保修复技术中西联合实验室(河海大学)

为探究初始饱和度对渠坡膨胀土低温力学特性的影响，以不同初始饱和度渠坡膨胀土为研究对象，通过开展试验温度分别为-2℃、-5℃、-10℃和-15℃下的无侧限抗压强度试验，研究了温度与初始饱和度对渠坡膨胀土强度及变形特征的影响。试验... 详细信息

为探究初始饱和度对渠坡膨胀土低温力学特性的影响，以不同初始饱和度渠坡膨胀土为研究对象，通过开展试验温度分别为-2℃、-5℃、-10℃和-15℃下的无侧限抗压强度试验，研究了温度与初始饱和度对渠坡膨胀土强度及变形特征的影响。试验结果表明：试样的应力-应变曲线随初始饱和度的增加逐渐从软化型过渡到硬化型，两种不同类型的应力-应变关系可分别采用双曲线方程和复合指数本构方程来描述；试样的破坏形态根据其破坏特征可划分为垮塌破坏、鼓胀破坏和整体压缩破坏三种形式；-2℃下，试样的抗压强度整体随初始饱和度的增加而减小，但在-5℃、-10℃和-15℃下，试样的抗压强度随着初始饱和度的增加先增大后减小，也即存在一个“临界饱和度”使得试样的抵抗破坏能力最强，并且该“临界饱和度”随着试验温度的降低而减小；此外，随着试验温度的降低，试样的弹性模量和抗压强度均逐渐增大，但试样的硬化模量却呈现出先增大后减小的变化规律。

关键词：渠坡膨胀土温度初始饱和度抗压强度破坏形态模量

冻融条件下粉质黏土中吸附水和自由水动态变化规律

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哈尔滨工业大学学报 2024年第3期56卷 89-97页

作者：石亚军马巍杨成松张莲海尚飞陈橙冻土工程国家重点实验室(中国科学院西北生态环境资源研究院) 兰州730000 中国科学院大学北京100049 磁共振冻土成冰过程动态分析联合实验室兰州730000

为了研究粉质黏土中吸附水和自由水在冻融时的动态变化特征,探索土体冻融过程中土水之间物理过程。采用新型分层核磁测量技术,开展了含水量(质量分数)分别为21.1%,16.8%和12.0%的粉质黏土在封闭条件下的冻融试验,并采用电子显微镜扫描... 详细信息

为了研究粉质黏土中吸附水和自由水在冻融时的动态变化特征,探索土体冻融过程中土水之间物理过程。采用新型分层核磁测量技术,开展了含水量(质量分数)分别为21.1%,16.8%和12.0%的粉质黏土在封闭条件下的冻融试验,并采用电子显微镜扫描了冻融后不同深度土体的微观结构。试验结果表明:随着土体冻结过程持续,不同深度土体中自由水和吸附水均减少,且冻结区和非冻结区的自由水相对减少量均大于吸附水相对减少量;土样融化时不同深度土体中自由水和吸附水均增加;此外冻融作用导致冻结区吸附水减少,自由水增加;而未冻结区的吸附水和自由水均减少;冻融后冻结区的孔隙数量和孔隙体积增加,而未冻结区孔隙数量和孔隙体积减小。冻结过程中土体吸附水和自由水动态变化差异与水分子作用势的不均匀空间分布有关;冻融前后土体吸附水和自由水的重分布是水分迁移和土体微观结构变化共同作用的结果。

关键词：冻土吸附水自由水冻融核磁共振

吸力锚贯入引发的浅层水合物解离和储层孔隙压力再分布研究

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中国造船 2024年第3期65卷 197-204页

作者：韩树鑫邓学晶李望晨于龙管龙飞中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院青岛266580 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

采用多物理场耦合数值模拟方法,分析了深水吸力锚安装引起的海洋水合物解离和储层孔隙压力的变化。研究表明:吸力锚的安装负压导致储层孔隙压力降低,进而诱发水合物解离;最初波及的浅层水合物解离速率最大;水合物解离产生的大量气体使... 详细信息

采用多物理场耦合数值模拟方法,分析了深水吸力锚安装引起的海洋水合物解离和储层孔隙压力的变化。研究表明:吸力锚的安装负压导致储层孔隙压力降低,进而诱发水合物解离;最初波及的浅层水合物解离速率最大;水合物解离产生的大量气体使储层孔隙压力下降缓慢,造成安装负压损失;随着安装负压波及区域的增大,水合物解离范围从浅层向深层逐渐扩大。

关键词：吸力锚负压安装水合物解离压力分布多场耦合

考虑冻拨影响的寒区渠道衬砌冻胀破坏力学模型分析

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农业工程学报 2024年第16期40卷 103-112页

作者：李瀚翔王正中陆立国刘铨鸿江浩源薛博祥西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心杨凌712100 宁夏水利科学研究院银川750021 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000

地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠... 详细信息

地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠道冻胀工程力学模型。以冻胀敏感土质为例,应用渠道水–热–力三场耦合数值模拟,研究不同渠坡倾角、不同宽深比、不同地下水位条件下冻胀情况,以探明渠道衬砌冻拔机理,明确冻拔产生时竖向与法向冻胀分布规律。提出了冻拔破坏发生的临界坡长、临界地下水位、冻拔危险位置计算方法,同时给出了冻拔状态下渠道衬砌板内力、渠坡抗冻拔强度等计算方法。结果表明:衬砌冻拔最大拉应力与冻深和渠坡倾角正相关,与地下水位负相关。经数值模型验证,最大拉应力误差为1.5%,冻拔位置误差在16.01%以内。宁夏灌区土质条件下,冻结线半径函数斜率范围为1.047~4.040。模型解释了小型渠道易整体冻拔上抬及宽浅式渠道抗冻拔优越的原因,可以对渠道衬砌抗冻胀结构进行定量分析,为工程设计、规范修订提供参考。

关键词：渠基冻胀冻拔力学模型冻胀破坏临界坡长

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