陆域天然气水合物(以下简称水合物)主要赋存于高原冻土区,为保证顺利钻探,要求钻井液既能够有效抑制水合物分解、维持其相态平衡,又能在低温环境下具有良好的流变性能。为此,以新研制的低失水抗低温聚合物钻井液配方为研究对象,对其在低温条件下的流变性能进行了测试,并利用回归分析法和最小二乘法对试验数据进行计算与分析。结果表明:①赫谢尔—巴尔克莱模式是描述该钻井液体系低温流变性能的最佳模式;②应用该模式计算得到了低温条件下钻井液流变性能参数,其变化规律表现出随着温度降低,钻井液动切力呈近似波动变化,钻井液的稠度系数和流性指数均大致呈线性增长的趋势,但增长幅度较小。结论认为:所建立的钻井液表观黏度低温响应数学模型拟合精度高,可准确预测井内钻井液在低温下的流变性能。

针对目前工程界较多采用经验判断和工程类比方法确定冻土热物性参数的现状,总结了热物性参数的4种确定方法及各自优缺点,介绍了热响应测试的方法及原理,论述了地层中柱状换热器与岩土体热量交换过程的两种数学模型,并对比分析了估算热物性参数的3种方法。认为冻土区道路工程的地质勘察内容应包括冻土的热物性和初始温度,建议推广现场热响应测试,并采用合适的估算方法确定热物性参数值,以保证路基和热棒设计的合理性。

利用Clapeyron方程来描述冻土内温度、冰压力和水压力的关系,根据质量守恒原理和能量守恒原理,建立一维非饱和冻土水热耦合模型。采用数值模拟和室内试验相结合的方法,对建立的水热模型进行检验。研究结果表明:随着冻结时间的增加,冻土的温度变化由剧烈转成平稳,最后沿高度线性分布;冻土段含水量增大,未冻土段含水量减小;在冰透镜体的存在的地方,孔隙比明显增大,含水量明显增大;模拟结果与实测结果较吻合,验证了该模型的正确性。

新疆北疆某供水工程渠道底部温度监测项目,在工程沿线设置温度观测点,对大气温度及地温进行观测。建立输水工程沿线气象和地温资料数据库,研究不同条件地温随气候变化规律。文中通过对明渠段典型断面的环境温度和渠底温度监测数据,建立数学模型,进行拟合计算,由此掌握渠道基础的温度分布规律。

新疆北疆某供水工程渠道底部温度监测项目,在工程沿线设置温度观测点,对大气温度及地温进行观测。建立输水工程沿线气象和地温资料数据库,研究不同条件地温随气候变化规律。文中通过对明渠段典型断面的环境温度和渠底温度监测数据,建立数学模型,进行拟合计算,由此掌握渠道基础的温度分布规律。

新疆北疆某供水工程渠道底部温度监测项目,在工程沿线设置温度观测点,对大气温度及地温进行观测。建立输水工程沿线气象和地温资料数据库,研究不同条件地温随气候变化规律。文中通过对明渠段典型断面的环境温度和渠底温度监测数据,建立数学模型,进行拟合计算,由此掌握渠道基础的温度分布规律。

采用MTS-810液压伺服材料试验机,对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验,获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线.结果表明:冻土的蠕变变形具有较强的温度敏感性,温度越高,这种温度敏感性越强;相同温度下,荷载越大,变形越大.运用相关理论,推导了冻黏土在复杂应力状态下的三轴蠕变非线性数学模型,采用MATLAB软件的数据拟合功能得到了模型方程参数的数值,模型参数与温度之间存在密切关系,建立了二者之间的数学表达式.冻土三轴蠕变非线性数学模型的曲线与试验曲线拟合精度较高,建立的数学模型可以精确体现冻土的蠕变规律,能够为实际冻土工程的变形发展预测提供有效的理论指导.

针对穿越冻土区埋地管道存在冻害破坏的安全问题,根据冻土区管道周围实际环境的具体情况,分别综述了管道周围土壤温度场、水热耦合场及管道与水热力三场耦合的数学模型,提出在实际工程建立各个数学模型时需考虑的因素,以期为冻土区埋地油气管道的设计、施工及运行提供参考

建立了冻土中的热传导模型。在计算冻胀时,利用水分入流量和时间关系计算水分迁移引起的冻胀应变;利用已冻土中未冻含水量和温度关系,求原位水的冻胀应变,将冻结引起的体积膨胀系数作为负的热膨胀系数,利用MARC程序中热应力的计算程序计算外界迁移水和原位水的冻胀位移;两项位移之和为总冻胀位移,并利用冻胀率和荷载的实验公式来考虑荷载对冻胀的影响。采用有限单元法对二维水平冻结模型进行了数学模型分析。通过验证,证明所提出的有限元模型及相关参数,可以结合有限元计算软件用于计算冻土中的冻胀量,分析其在外界荷载作用下对环境的影响。

根据傅立叶热传导定律和非饱和土壤水分运动的达西定律 ,推导了多年冻土区路基—地质体双向冻结过程的湿热耦合的数学模型 ,并运用有效热容量的概念 ,对统一了已冻区和未冻区的数学形式 ,利用显热容法处理了双向冻结过程中双冻结锋面的复杂相变问题