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人民黄河 2025年第2期47卷 113-118,149页

作者：张春辉李常锁卫如春武显仓宿庆伟耿付强邢立亭高帅山东省地矿工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队) 山东济南250014 山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心山东济南250014 济南大学水利与环境学院山东济南250022

地下水位升高会对周边环境、工程建设等产生不同程度的影响。以济南市龙洞片区某工程为例,通过水文地质钻探、地球物理勘探、示踪试验、地表水测流以及水化学分析等方法探究工程区地下水位升高的原因,并提出了合理、有效的水位控制措施... 详细信息

地下水位升高会对周边环境、工程建设等产生不同程度的影响。以济南市龙洞片区某工程为例,通过水文地质钻探、地球物理勘探、示踪试验、地表水测流以及水化学分析等方法探究工程区地下水位升高的原因,并提出了合理、有效的水位控制措施。南部山体浅层岩溶水侧向径流和大辛河河水是工程区地下水重要的补给源,且大辛河是主要补给源;在地下水补给量增大的同时,工程建设破坏了原本地下水径流通道,工程地下结构阻挡了地下水流动,最终导致地下水位升高。实施地下水位控制的雨水沟改造方案后,工程区地下水水位升高速率从2.4 m/h降至0.1 m/h,有效控制了地下水位的升高。

关键词：地下水位升高岩溶裂隙示踪试验水化学特征

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南海低渗含水合物沉积物力学特性研究

南海低渗含水合物沉积物力学特性研究

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作者：卫如春山东大学

学位级别：博士

天然气水合物能量密度大,分布范围广,储量丰富,被认为是最具开发潜能的新型战略能源。我国南海两次天然气水合物试采的成功表明降压开采是最具商业化潜力的开采方法。由于我国南海水合物储层以细粒沉积物为主,渗透性低,所以压力作用下... 详细信息

天然气水合物能量密度大,分布范围广,储量丰富,被认为是最具开发潜能的新型战略能源。我国南海两次天然气水合物试采的成功表明降压开采是最具商业化潜力的开采方法。由于我国南海水合物储层以细粒沉积物为主,渗透性低,所以压力作用下储层内易出现超静孔隙水压力的增加。这一方面会使储层变形过程中伴随着超静孔隙水压力消散,表现出明显的固结特性。另一方面,储层内超静孔隙水压力升高,有效应力减小,抗剪强度减小,表现出明显的不排水剪切特性。进一步,天然气水合物发生分解会引起储层变形和强度的降低,可能会诱发海底滑坡、井筒失稳以及海底面塌陷等地质灾害。因此,深入研究我国南海神狐海域水合物储层中低渗沉积物自身的力学特性,以及水合物饱和度对低渗含水合物沉积物力学特性的影响,对我国南海水合物的商业化开采时水合物储层稳定性的预测与评价具有重要意义。本研究使用理论与实验相结合的方法,基于临界状态理论,建立了低渗含水合物沉积物不排水剪切强度预测模型;使用我国南海沉积物制作了重塑试样,开展了固结和不排水三轴剪切试验,探究了水合物饱和度对含水合物沉积物固结变形特性和不排水剪切强度的影响;根据试验结果,对不排水剪切强度预测模型的适用性进行了验证并修正;基于提出的强度理论模型,用于海底斜坡稳定性分析。主要研究内容和结论如下:(1)根据已有研究中含水合物粗粒沉积物和细粒沉积物的固结不排水三轴剪切试验结果,计算了孔隙水压力系数A和应力比η,分析了水合物饱和度和有效围压对A值和η值的影响规律。结合临界状态土力学,探究了水合物对低渗含水合物沉积物不排水剪切力学特性的作用机理;基于临界状态理论,建立了的低渗含水合物沉积物不排水剪切强度预测模型。(2)对我国南海沉积物样品进行了指标试验,获取其比重,粒径分布和液塑限等基本物理指标;通过自主研发的水合物固结试验系统,开展了不同水合物饱和度试样的一维固结试验,探究了水合物饱和度对其压缩和固结特性的影响规律及作用机理。获得了试样平均固结度与时间的关系曲线,分析了水合物饱和度对平均固结度的影响规律,建立了考虑水合物饱和度的计算平均固结度的经验模型。(3)通过开展固结不排水三轴剪切试验,研究了不同有效固结压力和超固结度对南海沉积物不排水剪切强度及孔压响应的影响规律。等向压缩指数和回弹指数分别为0.175和0.029。正常固结沉积物的不排水剪切强度随着有效固结压力的增加而线性增加。超固结沉积物的不排水剪切强度随着超固结度的增加而非线性增加。正常固结沉积物归一化不排水剪切强度与有效抗剪强度指标之间可近似归纳为线性关系。建立了一个考虑超固结度的破坏孔压系数预测模型。(4)对现有含水合物沉积物固结不排水三轴剪切试验方法进行了优化。通过开展固结不排水三轴剪切试验,探究了有效固结压力和水合物饱和度对低渗含水合物沉积物不排水剪切强度的影响规律。使用试验结果对构建的含水合物沉积物不排水剪切强度预测模型的适用性进行了验证,并进行了合理修正。修正后的预测结果与试验结果具有很好的一致性,表明低渗含水合物沉积物的不排水剪切强度是有效水合物饱和度和孔隙比的双参数函数。使用预测模型详细分析了水合物分解对低渗含水合物沉积物不排水剪切强度的影响规律。(5)以我国水合物试采目标区所在的南海北部陆坡为研究背景,通过极限平衡法计算安全系数,对比了不同分析方法的计算结果,对比结果表明“φ=0”分析法可以获得合理的安全系数;建立了海底斜坡数值模型,探究了斜坡坡度和水合物分解对海底斜坡稳定性的影响规律;在此基础上,分析了低渗含水合物沉积物海底斜坡失稳的作用机理,总结了不同失稳模式。

关键词：一维固结临界状态理论孔隙水压力系数不排水剪切强度安全系数

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应用于平原水库的分离式复合土工膜球形鼓胀变形试验研究

应用于平原水库的分离式复合土工膜球形鼓胀变形试验研究

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作者：卫如春济南大学

学位级别：硕士

对于使用分离式复合土工膜进行水平防渗的平原水库,地下水位的上升、库区水位的降低以及缺陷渗漏等都会引起分离式复合土工膜的气胀现象。为了对分离式复合土工膜的气胀现象进行研究,将其简化为环向约束球形鼓胀变形模型,选择大屯水库... 详细信息

对于使用分离式复合土工膜进行水平防渗的平原水库,地下水位的上升、库区水位的降低以及缺陷渗漏等都会引起分离式复合土工膜的气胀现象。为了对分离式复合土工膜的气胀现象进行研究,将其简化为环向约束球形鼓胀变形模型,选择大屯水库实际建设中使用的土工膜的类型与土工布的规格作为分离式复合土工膜气胀变形试验的试验材料,进行试验方案设计,推导应力和张应力计算公式,使用改进后的鼓胀变形专用的试验设备进行了分离式复合土工膜环向约束球形鼓胀变形试验研究,总结其鼓胀变形及破坏的规律,得出的主要结论如下:(1)通过对比分离式复合土工膜的应力和张应力计算公式的计算结果,表明张应力计算公式有明显优势,能更好的描述和分析试样发生鼓胀变形的力学特性。(2)膜布组合形式是分离式复合土工膜鼓胀变形的最主要影响因素,夹具尺寸是分离式复合土工膜鼓胀变形的次要影响因素,加载速率对分离式复合土工膜鼓胀变形的影响有限。(3)由于土工布的渗透性,土工布位于试样最底层能与压力介质直接接触时,其不会对整个试样的力学变形性质产生影响,位于能直接接触压力介质的土工布属于处于鼓胀变形无效位。(4)分离式复合土工膜的张应力和应变曲线可以分为“类土工布型”和“类土工膜型”两种类型;其中“类土工布型”的张应力和应变曲线可分为线性、屈服和强化破坏三个阶段,而“类土工膜型”的张应力和应变曲线可分为弹性、塑性和弱化破坏三个阶段。(5)分离式复合土工膜的鼓胀破坏是受变形控制的破坏,其破坏顺序为土工布先于土工膜。虽然土工布能限制土工膜的鼓胀破坏,但不能完全阻止,建议使用分离式复合土工膜进行水平防渗的平原水库在建设时在膜下留有一定的排气措施。(6)对于“膜下布上”组合形式的分离式复合土工膜,在鼓胀压力的作用下发生鼓胀变形并达到一定鼓胀高度时,此时上层土工布承受的鼓胀压力为单一土工布到达该鼓胀高度时的承受鼓胀压力,而下层土工膜承受的鼓胀压力为单一土工膜达到该鼓胀高度时的承受的鼓胀压力。

关键词：平原水库分离式复合土工膜鼓胀变形鼓胀压力破坏形态

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分离式复合土工膜环向约束鼓胀变形试验研究

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岩土工程学报 2020年第6期42卷 1145-1150页

作者：薛霞李旺林李辰卫如春于海瑞济南大学山东济南250022 山东大学山东青岛266200

由于热融合工艺在复合土工膜生产和施工分体拼接过程中,容易灼伤土工膜而产生隐患,因此在南水北调东线大屯水库全库盘防渗中采用了膜、布单独铺设的分离式复合土工膜。针对分离式复合土工膜的气胀问题,将其变形简化为环向约束条件下的... 详细信息

由于热融合工艺在复合土工膜生产和施工分体拼接过程中,容易灼伤土工膜而产生隐患,因此在南水北调东线大屯水库全库盘防渗中采用了膜、布单独铺设的分离式复合土工膜。针对分离式复合土工膜的气胀问题,将其变形简化为环向约束条件下的球形鼓胀变形并进行了胀破试验,结论如下:①分离式复合土工膜(膜0.4 mm,布250 g/m2)鼓胀变形的胀破压力随加载速率(用液体压入速率示)的增加而缓慢增大,基本加载速率推荐采用100m L/min。②其鼓胀变形张应力–应变关系曲线可分为线性、塑性、强化和胀破4个阶段,曲线整体形态与土工布类似;其中线、塑性阶段时间很短,曲线形态与膜类似,受膜影响较大;强化阶段时间长,曲线形态与布类似,主要要受土工布影响。③其鼓胀压力由膜、布共同决定,变形初期土工膜承担较多内压力,影响较大;之后土工布逐渐承担越来越多的内压力,并起决定作用,直到发生破坏,相应胀破压力为1.51MPa,胀破冠顶高度31.5mm。④其鼓胀变形破坏的断裂伸长率为25.3%,主要由土工布的断裂伸长率决定;破坏形态分为不完全破坏和完全破坏,其原因分别为土工布的非均匀和均匀变形。

关键词：平原水库分离式复合土工膜环向约束鼓胀变形破坏

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分离式复合土工膜鼓胀变形的膜布复合规律

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工程科学与技术 2023年第6期55卷 142-150页

作者：薛霞李旺林卫如春杨哲韩瑞晨汪万升济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东大学海洋研究院山东青岛266237

分离式复合土工膜广泛应用于平原水库全库盘水平防渗工程中。为研究鼓胀变形及破坏时其中土工膜和土工布的作用规律,基于环向约束球形鼓胀变形模型,利用室内鼓胀变形试验和层状复合材料理论方法,分析了分离式复合土工膜(两布一膜250 g&#... 详细信息

分离式复合土工膜广泛应用于平原水库全库盘水平防渗工程中。为研究鼓胀变形及破坏时其中土工膜和土工布的作用规律,基于环向约束球形鼓胀变形模型,利用室内鼓胀变形试验和层状复合材料理论方法,分析了分离式复合土工膜(两布一膜250 g·m^(–2)/HDPE(高密度聚乙烯土工膜)0.4 mm/250 g·m^(-2))的鼓胀变形及破坏特征、鼓胀压力和应力的膜布复合规律,并探讨了该规律的初步应用。结果表明:由于土工布的透水透气性,分离式复合土工膜发生鼓胀变形时,与压力介质接触的最下层土工布为鼓胀变形无效层,其上方的土工膜和土工布为鼓胀变形有效层;有效层中最上层土工布首先发生裂口型破坏,土工布破坏后土工膜也会瞬间破坏;分离式复合土工膜的鼓胀压力(含胀破压力)等于有效层土工膜和土工布的鼓胀压力之和,应力(含胀破应力)等于有效层土工膜和土工布的应力与其相应厚度百分比的乘积之和,胀破高度和胀破应变与单层土工布的近似相等;有效层土工膜/布材料本身的应力越大,所组成的复合材料应力也越大;有效层中某一材料厚度百分比越大,复合材料应力越接近该材料的应力值,且接近的快慢程度与有效层材料之间的应力差值大小成正比。对于不同规格、类型基础材料组合成的不同种分离式复合土工膜,研究结果有助于确定其鼓胀变形力学特性,并能为实际应用中的材料选型提供参考。

关键词：复合土工膜鼓胀变形力学特性复合规律

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基于Burger’s蠕变模型的采矿车行驶海底稀软底质下陷研究

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海洋地质与第四纪地质 2024年第1期44卷 179-190页

作者：赵化淋孙永福贾超卫如春邓浩吴滔山东大学海洋研究院青岛266237 山东大学海洋地质与工程研究所青岛266237 国家深海基地管理中心青岛266237

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接... 详细信息

在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。

关键词：海底采矿车海底稀软底质 Burger’s蠕变模型 PFC3D颗粒流

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土工膜与土工布组合方式对分离式复合土工膜鼓胀变形的影响

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济南大学学报（自然科学版） 2020年第6期34卷 548-553页

作者：普勇柽卫如春李旺林薛霞济南大学水利与环境学院山东济南250022 山东大学海洋研究院山东青岛266237

选用某水库水平防渗设计中使用的土工膜与土工布,采用自制的试验设备进行分离式复合土工膜环形约束条件下的球形鼓胀变形试验,通过模拟分离式复合土工膜鼓胀变形和破坏过程,研究不同土工膜与土工布组合方式对分离式复合土工膜鼓胀变形... 详细信息

选用某水库水平防渗设计中使用的土工膜与土工布,采用自制的试验设备进行分离式复合土工膜环形约束条件下的球形鼓胀变形试验,通过模拟分离式复合土工膜鼓胀变形和破坏过程,研究不同土工膜与土工布组合方式对分离式复合土工膜鼓胀变形力学特性的影响。结果表明:对于分离式复合土工膜,直接与压力介质接触的土工布不会影响试样的鼓胀变形;土工膜和有效布层数的增加都会导致复合土工膜试样鼓胀变形时鼓胀压力和张应力增大;顶层土工布约束复合土工膜试样鼓胀变形,导致土工布在顶层的试样的胀破高度数值较小;土工膜层数越多,复合土工膜试样塑性越好,破坏时的胀破高度数值越大。

关键词：分离式复合土工膜鼓胀变形鼓胀压力

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莒县沭河不同时段径流序列的基流分割方法

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济南大学学报（自然科学版） 2019年第3期33卷 249-254页

作者：高舒李旺林张春辉卫如春济南大学水利与环境学院山东济南250022

将山东省莒县沭河流域作为研究对象,以日径流序列分割所得的基流量为基准,研究在周径流序列、月径流序列的条件下基流分割方法的适用性,并进行了验证。结果表明,在莒县沭河流域内,Lyne-Hollick滤波法在周径流序列、月径流序列的基流分... 详细信息

将山东省莒县沭河流域作为研究对象,以日径流序列分割所得的基流量为基准,研究在周径流序列、月径流序列的条件下基流分割方法的适用性,并进行了验证。结果表明,在莒县沭河流域内,Lyne-Hollick滤波法在周径流序列、月径流序列的基流分割上同样适用;在周径流序列分割时较为合适的滤波次数为3,滤波系数约为0.76;在月径流序列分割时较为合适的滤波次数为2,滤波系数约为0.71,且当利用Lyne-Hollick滤波法对周、月径流序列进行基流分割时,与丰水年相比,平水年和枯水年分割结果与日基流分割结果更为接近。

关键词：基流分割 Lyne-Hollick数字滤波法径流序列滤波系数

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地铁换乘站基坑变形流固耦合数值分析研究

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山东国土资源 2021年第12期37卷 85-92页

作者：朱恒华卫如春贾超唐俊平李双山东省地质调查院山东济南250014 山东大学海洋研究院山东青岛266237 山东大学海洋地质与工程研究所山东青岛266237 山东轨道交通工程咨询有限公司山东济南250101

地铁换乘站基坑在施工过程中要严格控制其变形及对周边环境产生的影响。尽管流固耦合与非流固耦合分析结果有一定差异,但现有地铁换乘站基坑开挖变形计算中较少考虑流固耦合作用。本文针对济南长途汽车站地铁换乘站进行基坑变形分析,建... 详细信息

地铁换乘站基坑在施工过程中要严格控制其变形及对周边环境产生的影响。尽管流固耦合与非流固耦合分析结果有一定差异,但现有地铁换乘站基坑开挖变形计算中较少考虑流固耦合作用。本文针对济南长途汽车站地铁换乘站进行基坑变形分析,建立了考虑流固耦合的三维有限元模型,根据模拟结果,确定出地连墙最大侧向位移及地面沉降最大值发生的位置,并对地铁换乘站基坑变形规律进行了总结和分析。本文研究成果可以为类似地下工程基坑分析计算和施工设计提供有益参考与借鉴。

关键词：基坑变形流固耦合三维数值模拟地连墙地面沉降地铁换乘站

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一种海底地层稳定性评估预测方法及系统

一种海底地层稳定性评估预测方法及系统

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作者：贾超李欣吴静赵桦淋杨海涛杨霄卫如春 266237 山东省青岛市即墨滨海路72号

本公开属于海洋工程技术领域，具体涉及一种海底地层稳定性评估预测方法及系统，包括：获取室内试验指标，构建海底地层稳定性评估体系；根据所获取的评估体系和预设的预测模型，实现海底地层稳定性评估预测；其中，在海底地层稳定性评... 详细信息

标准号: CN115182395B

本公开属于海洋工程技术领域，具体涉及一种海底地层稳定性评估预测方法及系统，包括：获取室内试验指标，构建海底地层稳定性评估体系；根据所获取的评估体系和预设的预测模型，实现海底地层稳定性评估预测；其中，在海底地层稳定性评估预测的过程中，采用BP神经网络和PSO进行预测模型的构建，结合k折交叉验证法进行预测模型的误差检验，完成海底地层稳定性评估预测。

关键词：稳定性评估海底地层预测模型预测构建海洋工程技术交叉验证法评估体系室内试验误差检验预设

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