饱和含水冻土区埋地管道水热力耦合数值模拟

通过对饱和含水冻土区埋地管道周围冻土层的温度场、水分场和应变应力场进行数值模拟分析,得出管道穿越冻土区应力、应变不均匀分布和变化的一般规律。由于管道的散热作用,周围冻土层的结构、成分遭到破坏,土壤孔隙水减少,蓄热量低于融土,同时伴随水分的传热和传质作用而带走热量使土壤更加干燥。这些变化影响土壤变形及应力状态:管道上方土壤应变、应力变化剧烈;管道周围应变渐增,应力不断减小,易产生融沉;管道下方非融冻土应变小于上方融土、呈层状递减,土壤被加固,应力不断增大。     

冻土区埋地输油管道温度场数值模拟研究

冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻害破坏.研究埋地输油管道发生冻害及采取科学有效的方法防止冻害,首先应预测埋地输油管道周围冻土冻融过程中温度场的变化,以及温度场与水分场的变化关系.叙述了国内外学者在冻土温度场与水分场耦合作用这一问题的研究成果和埋地输油管道周围温度场的研究成果,提出了数值模拟埋地输油管道周围冻土温度场的几点建议.     

冻土区输油管道工程基础稳定性研究

寒区管道基础设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉,以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响.输油管道工程需要充足的科研投入、论证及决策时间.在此基础上,采用一系列创新设计来保护(或预先融化)冻土,抑制融沉.这些研究围绕的关键问题是温热及环境温度油管在多年和季节冻土中的水热效应、差异性冻胀及融沉所导致的管道变形破坏.这些研究对可能出现的问题进行及早发现、充分理解、正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要.     

高温冻土融化固结的水热力耦合模型构建

依据比奥(Biot)固结理论,应用总拉格朗日(Total Lagrangian)方法建立考虑大变形的应力场控制方程;引入应力-温度耦合损伤模型作为冻结状态下的高温冻土本构模型,以未冻水含量为耦合节点建立水热力耦合模型;通过冻结粉质黏土的升温三轴压缩试验验证模型的有效性,分析水热力耦合模型与应用小应变假设的模型的差异。结果表明:水热力耦合模型经过引入高温冻土应力-温度耦合损伤本构模型,冻结状态初始融化阶段预测结果与试验曲线较吻合。在变形加速至缓慢变形过渡阶段(1.5~2.5 h),模拟结果与试验曲线存在一定差异,但整体可有效预测高温冻结粉质黏土的融化固结过程。考虑大应变状态的水热力耦合模型,对融化变形的预测精度优于应用小应变假设的模型。根据模拟结果,分析水热力三场的相互作用关系、冻土融化固结过程,高温冻土外部升温状态下,边缘融化部分形成排水通道,加速上部土体水分排出。     

冻土区热油管道周围土壤水热耦合数值模拟

基于穿越冻土区埋地管道存在冻害破坏的安全问题,建立了多年冻土区埋地热油管道土壤冻融过程中温度场变化的数学模型。以中俄原油管道沼泽发育冻土区敷设管段为例,地表环境温度采用周期性边界条件,考虑土壤冻结过程中相变潜热对温度场的影响,采用多孔介质模型,利用有限容积法,对有、无保温层条件下埋地管道周围土壤温度场进行数值模拟。结果表明:在有保温层的条件下,管壁热流密度明显降低,且波动幅度减小;采用保温材料有利于降低冻土融化速率,防止冻土退化。     

冻土多物理场耦合作用理论与模型研究现状

冻害是多种因素综合作用结果,开展冻土多物理场耦合研究对解决冻害问题具有重要意义.通过归纳冻土多物理场耦合理论,指出毛细理论和冻结缘理论均忽略各向异性冰应力,冻结缘是否存在以及冰透镜体生长机制仍有争议.讨论水热盐力耦合关系,认为应进一步研究力对温度的影响及冻土压融问题.归纳常见未冻水含量模型,指出基于未冻水含量与温度关系的预测模型形式简单,但质量未冻水含量难以直接测量;三参数模型和五参数模型考虑土壤物理性质影响,但参数较多.总结和评价冻土多物理场耦合模型,认为一些经验表达式无法体现参数动态变化的特点,模型边界条件设置与实际情况不符.基于研究现状及存在问题,今后应探索更准确描述参数变化的数学表达式,将气候条件纳入模型考虑范围,设置更接近实际情况的边界条件,同时,加强冻土受力变形行为本构模型研究.     

某农药厂周围土壤四氯化碳污染特征研究

通过对土壤和土壤孔隙水四氯化碳含量的测试,研究了某农药厂附近土壤四氯化碳污染特征。该农药厂排污渠和供水井附近的土壤中均检测出四氯化碳和氯仿,含量分别为0.7～42.2μg·kg-1和2.6～26.5μg·kg-1;土壤孔隙水四氯化碳主要在农药厂供水井附近检出,含量1.4～2.8μg·L-1。污染源区土壤中不存在四氯化碳污染池。四氯化碳在土壤中的分布主要受四氯化碳来源、四氯化碳的挥发作用和四氯化碳的自然衰减作用所控制。四氯化碳最高含量均出现在农药厂供水井附近,四氯化碳主要在3m以下的土层中检测出,且随深度增加而增加;表层土壤四氯化碳含量相对较低或未检出。     

不同保水剂对土壤持水特性的研究

保水剂做为旱地抗旱技术的有效方法，现已广泛应用于农、林、牧等方面，它可改善土壤结构，提高土壤吸水能力，增强土壤保水能力，对提高植物的出苗、成活率及根系生长量等有明显的效果，通过三种不同保水剂试验表明：纯保水剂膨胀率增加量分别为可膨胀后湿体积的92％（绿宝）、90％（TC）和91％（KD－1），三种不同保水剂15d后土壤含水量最高比对照分别高出15．8％（绿宝）、8．5％（TC）和11．4％（KD－1）。一般来说随保水剂用量增大，土壤含水量增加，当达到土壤量的20％时，其含水量下降，可视其为一临界值。     

贵州省天然林保护区不同森林类型土壤持水性能的研究

贵州省天然林保护区包括乌江、赤水河、清水江3个流域内的贵阳、六盘水、遵义、安顺、黔南、黔东南、铜仁、毕节等8个市(州、地)的70个县(市、区、特区)和8个贵州省林业厅直属单位9个监测县和2个自然保护区,总面积525.6万hm2。共有针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林、常绿落叶阔叶林、落叶阔叶林、灌木林、杂竹林7个森林类型。就以上森林类型的土壤进行研究分析结果得出:土壤容重:灌木林>竹林>落叶阔叶林>针叶林>针阔混交林>常绿落叶阔叶林>常绿阔叶林;土壤孔隙度:常绿阔叶林>常绿落叶阔叶林>针阔混交林>针叶林>落叶阔叶林>竹林>灌木林;土壤持水性能:常绿阔叶林>常绿落叶阔叶林>针阔混交林>针叶林>落叶阔叶林>竹林>灌木林。各森林类型的土壤持水性能与土壤中有机质含量、土壤孔隙度呈正相关,与土壤容重则反之。     

冻土区埋地热油管道土壤融化圈特征数值分析

根据相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出计算温度场的二维有限元公式,对中国东北多年冻土区运行30年的加热输油管道土壤温度场(融化圈)进行了计算分析和比较。计算结果表明,对于15℃的油温,管顶之上的土壤在管道运行的第1年就达到热平衡状态,同时土壤融化速率在第1年达到最大,随后4年时间里迅速减小,第5年后融化速率变化趋于稳定;管道运行一定时间后,管道周围的融化圈在土壤中随冷暖季节的变化呈交替式的扩展;在管道运行30年后,管底下融深可达到10m以上,这将引起基础融沉、管道变形及多年冻土环境破坏等问题,需引起工程部门的高度重视。     

冻土退化对格拉管道运行的影响及其防治措施

分析了青藏高原冻土地温的变化规律,指出随着青藏高原气候变暖致使格拉管道沿线冻土退化加剧,多数管段的埋设位置已不再是含水量小、冻胀和融沉敏感性较小的"弱冻胀层"。针对格拉管道途经区域冻土承载能力下降,管道融化下沉加剧,季节融化层加厚,冻胀量和冻胀力增大等不稳定因素,提出应加强管道沿线的地质勘查和冻土区域管段的泄漏监测,建立并实施定期清管及巡线制等相应的防治措施。     

输油管线工程对土壤环境的影响研究

以实际工程为例分析了输油管线工程对土壤环境的影响,并提出了相应的环境保护措施,探讨了管线工程完工后土壤的恢复情况,验证了环保措施的有效性。     

我国东部输油管道的技术发展

随着大庆油田的开发，20世纪70年代是国内原油管道建设第一次高潮，并由此奠定了我国原油管道设计、建设的基础，形成了一定的技术和管理模式。为了缩小与国际先进管道技术的差距，引进了德、英、日、美、加拿大等9个国家的先进技术和装备，于1990年建成了我国第一条用SCADA技术控制运行的东黄复线，此后东部地区的一些原油管道也先后进行了改造。根据东部地区输油管道建设和发展的实际状况，探讨了适合该地区原油管道技术和管理的发展方向。     

海南省典型区域土壤石油污染调查研究

对海南省主要潜在污染区土壤的石油污染状况进行调查，结果表明，海南省环岛高速公路西线土壤含油量比东线普遍高，加油站周边土壤含油量超标较严重；     

热油管道停输后土壤温度场数值研究

阐述了加热输送原油管道在运行过程中不可避免地会产生停输问题,当温度降到一定值后,可能造成凝管事故,给管道再启动带来极大困难。为了避免凝管事故发生,对管道停输后的周围土壤温度场变化规律进行研究,进而确定允许停输时间。通过分析埋地热油管道的几何特性,建立了有限区域内停输时的热油管道土壤数学模型,并使用PHOENICS软件对该数学模型进行了求解。模拟结果与文献[7]实测数据吻合较好,误差在2%以内。证明了利用PHOENICS软件完全能够对停输时的温度场变化进行模拟。为研究热油管道间歇输送过程中确定停输时间以及解决再启动等问题奠定了基础。     

冻土地区管道建设面临的工程技术难题

介绍了国内外冻土地区管道工程技术现状，针对冻土地区管道沿线和周围（岩）土的冻胀和融沉问题，提出了相应的对策。以格拉输油管道为例，探讨了冻土地区管道工程可选择的敷设方式、油气管道的电保护技术、气候和环境变化对管道的影响以及沿线环境管理等方面的问题。     

管道周围土壤温度场变化的大型环道试验

借助大型试验环道,对热油管道预热和停输温降过程中土壤温度场的变化进行了试验研究。考察了流量变化、油温升降、停输等工况对土壤温度场的影响。频繁的停输再启动不利于温度场的建立和恢复;停输过程中,土壤降温幅度随管道距离的增大而减小;土壤的降温幅度与停输降温影响的范围以及测点获得热量和散失的热量有关。对于土壤温度场变化规律的认识和所获得的大量试验数据,可用于相关计算程序的检验和校核。     

宁南山区苜蓿地土壤养分的变化规律

对宁南半干旱黄土丘陵区不同坡位及不同种植年限苜蓿地土壤养分的变化规律分析表明:(1)宁南黄土丘陵区苜蓿地土壤养分含量随着土层深度的增加而降低;(2)随着坡位的下降,苜蓿地0～100 cm层土壤有机质、全氮、速效氮、全磷、速效磷含量明显增加,土壤速效钾受坡位影响不大,苜蓿地土壤综合肥力指教呈下坡＞中坡＞上坡的趋势;(3)...