摘要：电转气(power-to-gas)是一项将电能转化为高能量密度可燃气体的化学储能技术,该技术与地质储能相结合,有望满足未来大容量储能需求,并成为未来有效储能技术选择之一。电转气地质储能技术中涉及电离制氢、甲烷化、二氧化碳(CO_(2))地质储存、人工合成甲烷(CH_(4))地质储存4个阶段。由于电转气地质储能技术发展处于初步阶段,且涉及多个技术环节,对其技术整体的经济性分析相对较少,有必要对电转气地质储能技术的经济性展开分析,便于探索电转气地质储能技术在中国的应用潜能。本文基于大量文献调研,首先,对电离制氢与甲烷化过程展开技术经济性分析;随后,分别对CH_(4)与CO_(2)地质储存的技术经济性展开分析;进而,将整个流程不同工况下的成本估算结果进行统计分析,并通过与抽水蓄能和压缩空气储能进行技术经济对比,明确了电转气地质储能的技术成本;最后,针对该技术在中国应用的机遇与挑战进行了分析。研究发现:碱性电解液电解技术(alkaline electrolysis,AEL)目前因较低投资成本更具优势,大约为7850元/kW;在技术进步的基础上,聚合物电解质膜技术(polymer electrolyte membrane,PEM)的投资成本有望于2050年降低至约为当前AEL技术投资成本的一半;生物甲烷化及催化甲烷化中的三相甲烷化技术仍处于实验和示范阶段,而催化甲烷化中的绝热固定床甲烷化技术因为已有较成熟的商业应用更具技术优势,其技术成本有望于2050年降低至目前的50%~60%;CH_(4)地质储能设施的开发成本变化浮动很大,因为这些成本受储能类型及各项特性参数的影响。基于文献数据可知:CH_(4)地质储能中含水层储能与枯竭油气田储能的投资成本相当,在1.88~3.30元/m^(3)范围内浮动;盐穴储能相对投资成本较高,约为含水层储能、枯竭油气田储能技术的两倍;CO_(2)地质储存成本变化范围很广,除个别高成本案例外,储存成本通常低于41.37元/t,其中储存成本在3.38~41.37元/t之间的具有很大潜力。从整体技术经济性来看:人工合成甲烷发电成本比传统化石能源(如天然气)发电成本高出很多,相较于化石能源发电不存在竞争性,但与当前太阳能热电厂发电成本相当;相较于目前处于应用阶段的抽水蓄能和压缩空气储能,电转气地质储能技术仍需要相当的投资成本。当前,电转气地质储能在中国应用的机遇与挑战并存。未来电离制氢与甲烷化技术的创新,系统能效、地质储能模式、选址模型等方面的优化,与现有储气库、天然气管网、电网结合方法的优化以及低碳政策的积极影响等,都将提升电转气地质储能技术在中国应用的可能性。

摘要：为了给应用落锤式弯沉仪(falling weight deflectometer,简称FWD)准确识别路基性能劣化提供理论基础,建立了考虑路基非饱和特性的弹性层状路面在FWD荷载作用下的振动响应计算模型。通过Laplace-Hankel变换对模型的动力控制方程进行了推导求解,建立了路面和非饱和路基的动力刚度矩阵。并由层间连续性条件合成了公路结构的整体动力刚度矩阵,结合边界条件得出了FWD荷载作用下整个公路结构在变换域内的振动响应解。利用Laplace-Hankel逆变换对振动响应进行了空间-时间域内的数值求解,分析了FWD荷载频率和路基饱和度对振动响应的影响以及路基性能劣化与路表振动信号的关联性。研究结果表明:路表竖向动位移主要受FWD荷载低频成分的影响且随饱和度的增大而增大;相比较路表振动速度和路基表面竖向动应力,路表竖向动位移受路基性能劣化的影响更敏感,且在距荷载中心1.2 m位置处的路表竖向动位移变化率达到最大。研究结果可为路基性能劣化的反馈指标与位置选择提供科学依据。

摘要：柔性减震技术在隧道等地下工程结构震害控制中的应用已被广泛认可,为了能够进一步推动柔性减震技术的全面发展和应用,基于黏弹性阻尼理论在桥梁建筑抗震领域中应用的认识,提出一种拟应用于地下隧道工程抗震领域的黏弹性阻尼减震层结构。通过改进分离式Hopkinson(SHPB)试验系统对不同的岩石–阻尼层–混凝土组合试件进行冲击试验,以此来分析黏弹性阻尼减震层的吸能特性。对比探讨了橡胶、硅胶不同阻尼层材料及蜂窝状、波纹状、圆柱状阻尼层结构在冲击试验中的吸能规律及其吸能效果;同时在相同阻尼层材料及其结构形状条件下,对比分析了不同厚度阻尼层的吸能规律,探讨了黏弹性阻尼减震层中阻尼层的最佳厚度;研究结果表明:与对照组(岩石–混凝土组合试件)相比,不同阻尼层的阻尼减震层结构吸收的入射能均提高了10%以上,表明该结构优越的吸能特性,同时高阻尼的橡胶比硅胶作为阻尼层材料具有更好地吸能效果;在3种不同形状的阻尼层中,蜂窝状阻尼层结构具有更好的吸能效果;对比分析不同厚度阻尼层结构的吸能效果时发现效果最佳的阻尼层厚度为20 mm;研究成果将为隧道地下工程抗震结构设计提供理论和数据支撑。

摘要：金属装配式基础因施工方便与综合造价低而被越来越多地应用于风积沙地区输电线路基础工程。针对中密风积沙开展全模和半模抗拔模型试验,研究了不同深宽比下基础的上拔荷载-位移特性和抗拔破坏模式。结果表明,抗拔荷载-位移关系曲线随着基础深宽比λ变化而改变。当λ=1.0时,曲线呈缓变型;当λ=2.0~5.0时,曲线呈软化型。随着λ的增大,抗拔拔承载力随之增大。在加载过程中,地表以基础顶部为中心逐渐形成近似为圆形的隆起区域,隆起程度随着上拔位移增大而不断增加,最终形成整体破坏,此时滑动面贯穿地表;通过半模试验观测的上拔土体滑动面子午线可用直线方程近似描述,且抗拔角随着λ的增大而减小。根据上述试验结果,基于Veesaert滑动面摩擦强度理论和极限平衡原理,提出了金属装配式基础的抗拔承载力改进计算方法,计算结果相较于土重法和剪切法更接近试验值,且离散程度更小。

摘要：为解决新河煤矿-980m水平硐室群在掘进及支护过程中的大变形问题,首先通过理论分析,研究了相邻硐室不同开挖顺序对围岩破坏的影响;其次运用FLAC^(3D)数值模拟软件对相邻硐室群的不同开挖顺序进行模拟,计算得到围岩塑性区最小破坏体积V_(P),并得出最优施工方案,在上述研究基础上对已开挖硐室群进行支护设计,提出泵房主体及壁龛前期采用锚网、注浆锚索、喷浆,后期采用钢筋混凝土砌碹的联合支护方式,并对实施该支护方案的硐室群进行支护前后的数值模拟计算,计算结果表明,水泵房主体硐室顶板最大下沉量由927mm下降至30mm,底臌量由1036mm下降至6mm,主体泵房左帮移近量由1010mm下降至10.9mm,壁龛掌面移近量由700mm下降至9.9mm,围岩变形得到有效控制.顶底板位移现场监测结果表明,监测断面两帮最大移近量为8mm,顶底板最大移近量为15mm,巷道支护效果良好,能有效控制围岩变形.

摘要：山区采用加筋边坡设计时经常依据现场情况选择基础形式,而基础刚度直接影响到加筋边坡的稳定性。通过开展离心模型试验,研究不同基础刚度条件下加筋边坡变形和筋材受力分布规律以及边坡稳定性。研究结果表明:边坡基础刚度越大,加筋边坡沉降和水平位移相对较小,且筋材拉力分布更为均匀,边坡稳定性更高;当基础刚度较小时,边坡底部区域的筋材拉力较大,容易导致加筋边坡整体产生较大变形甚至破坏;试验中采用高精度柔性应变片监测得到筋材拉力分布规律,基础刚度较小时,边坡下部的筋材拉力显著增大,比边坡中部的筋材拉力增幅更大,而基础刚度较大时,边坡中部和下部筋材拉力更为均匀。

摘要：利用广义积分变换法推导了非等温条件下污染物在压实黏土衬垫中的运移解析解。所提出的解析解考虑了分子扩散、对流、吸附和热扩散的耦合效应,并考虑了压实黏土的渗透系数、分布系数和有效扩散系数3个参数随温度的变化。通过与热扩散试验结果、已有的解析解和基于COMSOL软件的数值模型的对比,验证了所提出的解析解。利用经过验证的解析解,研究了非等温环境以及压实黏土的渗透系数、有效扩散系数和分布系数3个参数随温度的变化对甲苯在压实黏土衬垫系统中迁移的影响。结果表明,非等温环境以及压实黏土的渗透系数、有效扩散系数和分布系数随温度的变化均对甲苯在压实黏土衬垫中迁移有着显著的影响。不考虑非等温环境的影响将极大低估污染物的溢出量和污染物的击穿时间。既有解析解忽略压实黏土的渗透系数和有效扩散系数随温度的变化会极大低估甲苯的流出速率,而忽略压实黏土分布系数随温度的变化会极大高估甲苯击穿衬垫系统的时间和达到稳态的时间。所提出的解析解能够考虑热扩散作用,同时考虑了压实黏土的渗透系数、分布系数和有效扩散系数3个参数随温度的变化,较既有解析解更贴近工程实际,能够为压实黏土衬垫系统的设计和服役性能评价提供指导和借鉴。

摘要：浆土应力耦合作用对劈裂注浆浆液扩散规律具有显著影响,砂土劈裂注浆设计应充分考虑这种影响作用.将劈裂注浆视作平面无限域的圆形扩张过程,基于牛顿型本构方程分析了浆液流场变化特征,并将劈裂通道下侧砂层视作半无限空间弹性体,采用弹性力学推导了均布荷载下劈裂通道宽度、浆液压力的分布方程.通过设置不同的浆液黏度、砂土弹性模量参数,深刻揭示了耦合效应下砂土劈裂注浆基本机理.结合郑州地铁某在建工程进行了对比验证.研究结果表明:浆液压力在孔口及远端处急速衰减,而在中间区段呈稳定变化趋势,劈裂通道宽度基本由浆液压力决定,其分布趋势与浆液压力分布趋势相同;浆液黏度、砂土弹性模量是影响劈裂扩散半径的重要因素,黏度和模量均与扩散半径正相关,黏度与劈裂宽度正相关,模量则与劈裂宽度负相关;本文理论计算值与现场开挖实际值偏差12%~15%,基本符合预期要求.

摘要：为实现煤矸石的高效利用,制作可直接用于矿井巷道地面的煤矸石混凝土,以煤矸石取代天然粗骨料的取代率、水灰比大小、外加剂掺量为影响因素,通过三因素三水平正交设计的方法对C20、C30、C40三种强度煤矸石混凝土的力学性能进行试验研究,探索各因素对煤矸石混凝土立方体试验试件的力学性能影响机制。结果表明:煤矸石取代率对混凝土立方体抗压强度的影响最大,对于C20、C30、C40三种强度等级的煤矸石混凝土,取代率为80%的28 d混凝土立方体抗压强度分别为取代率为0时的64.1%、63.4%、62.2%,而取代率为100%的28 d混凝土立方体抗压强度分别为取代率为0时的53.0%、56.8%、61.5%,与天然骨料混凝土相比,煤矸石骨料混凝土力学性能较弱,总体上强度偏低;对7、28 d两种龄期,取代率分别为80%和100%的煤矸石混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度进行回归分析,得到的结果与现行国家规范中对普通混凝土的要求相近,表明取代率为80%和100%的煤矸石混凝土轴心抗压强度能够满足要求;由于煤矸石骨料自身力学性能较差,导致煤矸石混凝土劈裂强度不能达到规范要求,弹性模量明显低于普通混凝土,泊松比试验值离散性较大,变化规律不明显。基于试验结果,确定陕北矿业公司柠条塔煤矿巷道地坪C20级强度煤矸石混凝土最佳配比为:煤矸石取代率为100%、水胶比为0.45、不掺加减水剂,即水泥、水、黄砂、煤矸石质量比为1∶0.45∶1.31∶2.67。

摘要：深部矿山地热能作为地热资源的重要组成部分一直是世界各国关注的热点,但受地热开发技术和成本的限制,深部矿山地热能还未被广泛开发利用。随着我国逐渐向深部煤炭资源开采的转变,矿山地热能的高效开发迎来了机遇和挑战。为此,本文创新性地提出了矿山相变蓄热功能充填采热方法,研发了适合深部矿山地热能开发的相变蓄热功能充填材料,揭示了矿山功能充填采热结构的相变蓄热机理,探究了矿山相变蓄热功能充填采热的热量补给机制,研究了功能充填采热性能的调控特征,形成了深部矿山相变蓄热功能充填采热的系统优化分析与设计流程。研究成果为实现深部矿山地热能高效开发、拓展煤基固废资源化利用途径和实现能源结构低碳转型奠定了基础。