青藏高寒地区沥青混合料的水稳定性与高温性能研究

青藏高寒地区年平均气温低, 温差大, 冻融循环频繁, 沥青路面性能要求不同于一般地区. 通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及车辙试验, 分析了沥青种类、级配类型、公称最大粒径类型对青藏高寒地区沥青混合料水稳定性及高温性能的影响. 结果表明:SBS110#改性沥青的混合料的残留稳定度最大, SBS70#改性沥青最小, 随着针入度等级的提高, 沥青混合料的冻融劈裂强度比减小; SBS改性沥青混合料的高温性能最好, 复合改性次之, SBR改性最差; AC-13沥青混合料级配范围中值的冻融劈裂强度比与动稳定度最大; AC-13沥青混合料的水稳定性及高温性能优于AC-20与AC-25. 在青藏高寒地区选用针入度等级不高且具有骨架密实结构的SBS改性沥青混合料或SBS/SBR复合改性沥青混合料, 将沥青混合料冻融劈裂强度比的要求提高为85%, 有利于提高沥青混合料的水稳定性和高温性能.     

低软化点防塌减阻剂研究及在复杂地层中的应用

为解决现有沥青类防塌剂软化点高及较低温度条件下润滑性差等问题,采用沥青及石油树脂等为主要原料,研制出软化点30℃~60℃可调的防塌减阻剂GFT。室内性能评价表明,GFT具有胶体稳定性好、软化点低、乳液粒径小及润滑能力强等特点,而且与冲洗液配伍性强,不会明显增加冲洗液的粘度,并能有效地降低冲洗液的滤失量。在淡水膨润土基浆中加入1%软化点为46℃的防塌减阻剂,基浆的润滑系数降低率达69%。经在山东及安徽等地多个复杂地层钻孔中现场应用,证明了防塌减阻剂GFT对松散破碎地层、见水易分散地层及硬碎地层具有良好的护壁效果,同时能较好地降低钻具扭矩及摩擦阻力。     

川南杏仁状玄武岩中沥青与铜矿物的矿物学特征及其成因

川南普格杏仁状玄武岩中普遍产出沥青和铜矿物。沥青主要产于玄武岩气孔、晶洞和裂隙中,少量产于水晶晶体的锥状体部位。铜矿物主要有自然铜、赤铜矿、黑铜矿、硅孔雀石和孔雀石等。自然铜可形成完整晶体,分布于水晶菱面体的锥体顶部,也可呈它形粒状或片状,分布于杏仁体、脉状体沥青的裂隙中和铜球粒核部;赤铜矿主要与板状自然铜一起分布于石英或玉髓脉的裂隙中;黑铜矿常与自然铜一起产出于裂隙或铜球粒中;硅孔雀石呈脉状、浸染状、网状分布在沥青中及其裂隙中,部分硅孔雀石呈皮壳状赋存在自然铜、水晶晶体表面和铜球粒表面;而孔雀石主要分布于铜球粒的最外圈。沥青与铜矿物形成次序为:沥青→自然铜→赤铜矿→黑铜矿→硅孔雀石→孔雀石。沥青和自然铜形成于水晶结晶作用晚期,自然铜形成于沥青之后。碳同位素研究显示沥青为生物成因,可能来源于下二叠统(P13)的碳酸盐岩中的生油层;沥青的红外光谱及螺旋生长纹与气孔构造也证实沥青是由成矿热液中的原油受热裂解为固相;成矿溶液中的有机质成熟度越髙,成矿溶液析出的自然铜越多;铜矿物的演化(Cu→Cu2+)与含有机质的成矿溶液的氧化还原条件及成分变化密切相关。     

GFT型防塌减阻剂的性能评价与现场应用

为解决现有沥青软化点高、分散性差、较低温度条件下润滑性差及稳定孔壁能力不强等问题,研制了以沥青及树脂材料为主要原料,软化点为35℃的GFT型防塌减阻剂。这种防塌减阻剂具有稳定性好,润滑能力强,在不增加钻井液粘度的同时,可有效降低钻井液的滤失量;沥青质粒子的附着能力强,可有效充填与封堵孔壁微裂缝、微孔隙,粘接破碎岩块或颗粒,提高孔壁稳定性。淡水膨润土基浆中加入1％的GFT型防塌减阻剂,其润滑系数降低率达80％以上。经青海鱼卡煤田勘探区ZK30-7孔及ZK30-8孔2个钻孔的现场应用,证明了GFT型防塌减阻剂对破碎地层具有良好的护壁效果;同时能显著降低钻具扭矩,体现出优良的润滑性能。     

宁夏硅石利用之二:生产硅铁

<正>利用硅石加焦炭和铁屑,置入电炉中,加热到1400-1500℃高温,可以冶炼硅铁。有铁存在时,二氧化硅就变得比较容易还原,因为还原出来的硅将溶解于铁中,并与铁化合成稳定的硅化铁(FeSi)。冶炼硅铁等级越高,所需温度越高:硅45(含硅量45%)起始还原温度1369℃;硅75(含硅量75%)起始还原温度1488℃。硅铁主要用于炼钢和铸造(约占90%),因为硅与氧有很大的亲和力,即硅能与氧结合成稳定的化合物,     

高温冻结粘土单轴随机损伤本构模型及强度分布规律

从高温冻土内部裂隙、空洞等缺陷的随机分布出发,基于连续损伤理论和概率与数理统计理论,建立了高温冻土的单轴随机损伤本构模型,并利用3种不同试验温度下的实测数据与之对比分析.结果表明:模型能较好地反映高温冻土破坏的全过程,特别是其软化特性.同时,通过冻土强度的实测与理论概率分布的比较,发现Weibull分布能很好地反映高温冻土的强度分布规律.最后,基于高温冻土强度服从Weibull分布,进行了高温冻土强度的可靠度分析.     

浙北张家坞铀矿床矿石特征及铀的赋存状态研究

浙北湖州—安吉地区位于赣杭火山岩带北西侧,中生代火山岩分布广泛,发育有一系列的中小型火山岩型铀矿(化)点。张家坞铀矿床是浙北地区最大的火山岩型铀矿床,本文通过详实的野外观察,结合光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和电子探针等测试技术,对张家坞铀矿的矿石特征和铀的赋存状态进行深入研究。结果表明,矿石呈现红色具流纹构造,整体表现为热液作用的特征,矿石以发育有金属矿物黄铁矿、赤铁矿、金红石和闪锌矿,非金属矿物玉髓、绿泥石、磷灰石、绢云母和方解石为特征。铀的赋存主要以独立铀矿物沥青铀矿和铀石为主,少量赋存在含铀副矿物中。铀矿物颗粒细小从核部到边部依次为沥青铀矿、"铀石化"成因硅含量偏高的铀石("高硅铀石")和正常铀石。矿石和脉石矿物特征表现出成矿时可能是张扭性的构造环境和高温迅速转变为中-低温的成矿环境。从矿体、矿石、矿物、围岩蚀变特征和成矿环境等角度,推测张家坞铀矿属于中-低温热液成因铀矿床。     

低温低压下沥青铀矿合成试验研究

关于沥青铀矿的合成实验,前人做过许多工作,但多是在高温高压下进行的。1954年J·W·Gruner曾报导过在50℃及室温下做过实验,1958年 L·J·Miller也提到过在25℃下合成沥青铀矿的问题。但他们的合成产物只是雏晶,未得到理想的X射线德拜图。也未见有关合成矿物学方面的详细报导。人们很早就知道产于砂岩、煤、碳酸盐岩、硅岩、黑色页岩等中的沥青铀矿与黄铁矿的关系非常密切。它们的矿物学和地球化学的研究表明:在同生(成岩)矿床中,沥青铀矿与胶状黄铁矿形成共生组合,并沿黄铁矿边缘分布,或局部交代黄铁矿。在后生(再造)矿床中,沥青铀矿依赖黄铁矿及其蚀变产物赤铁矿而存在,形成沥青铀矿与     

花岗岩高温-水冷循环作用下的试验研究

为了研究花岗岩在不同温度的多次高温-水冷循环作用下物理力学性质的损伤机制及演化规律,通过对花岗岩开展不同温度下高温-水冷循环试验、单轴抗压强度试验、超声波测试试验,分析研究了相关物理力学参数的变化规律,结果表明:(1)在相同温度作用下,随着高温-水冷循环次数的增加导致岩样内部裂隙的萌生和扩展,表现为花岗岩试样质量损失率的逐渐增加,抗压强度和弹性模量先下降、后小幅上升、最后持续下降。(2)在相同高温-水冷循环次数下,随着温度的增加,花岗岩试样的质量损失不断增加,抗压强度与弹性模量呈持续下降趋势。(3)温度对花岗岩的纵波波速影响较大,随着温度的增加,波速快速下降波幅变得不稳定。(4)温度的升高和高温-水冷循环次数的增加都使花岗岩的损伤程度增大,损伤变量增加。(5)随着温度与高温-水冷循环次数的增加,试样逐渐软化,单轴压缩破坏模式从张拉劈裂破坏向锥形剪切破坏过渡,破坏时表面的裂缝数逐渐增加,400℃之后出现树状裂缝并逐渐贯穿整个表面。可见花岗岩的物理力学性质在高温-水冷循环作用后将发生严重的劣化。     

浙江余姚田螺山遗址土壤植硅体AMS~(14)C测年初步研究

植硅体(phytolith)是植物体细胞中非晶体二氧化硅脱水后的产物。非晶体二氧化硅的一个聚合基有活性,能够结合植物细胞中的有机碳。植物体死亡后,非晶体二氧化硅脱水,形成坚硬的硅质物,具有抗风化、抗腐蚀、耐酸的特点。植物原生的有机碳被封闭在植硅体内,与外界隔绝,被很好地保存了下来。利用植硅体进行~(14)C年代测定,可以得到植物体死亡的年龄。本研究采集浙江田螺山新石器时代遗址水稻田土壤样本,提取其中的植硅体,通过元素分析、红外光谱进行鉴定,并利用加速器质谱对植硅体样品进行~(14)C年代测定,以期得到水稻田的使用年代;对同层位炭化植物种子也利用加速器质谱进行了~(14)C年代测定。对比结果显示,植硅体年代数据与炭化植物种子的年代在3σ误差范围内一致,植硅体年代数据的中值比炭化植物种子的年代数据中值略有偏老。可以认为植硅体的年代基本上代表了水稻田被使用的年代,植硅体测年可以作为植物年代测定的有效手段。同时,本文尝试针对本研究植硅体年代数据偏老的部分原因做了一点讨论。     

砂土海床中海底管道贯入阻力演化特征及细观机制研究

理解海底管道竖向贯入过程是科学评估管道安装期间初始埋深及服役期间安全性和稳定性分析的关键。通过土工离心机模型试验,结合离散元数值分析研究了真实应力水平下不同密实度砂土中海底管道竖向贯入阻力演化特征及细观机制。研究结果显示,对于中密砂,管道贯入阻力曲线主要表现为硬化特征;对于密砂,贯入阻力曲线整体上呈现周期性软化特征,且埋深越大,软化程度越大。离散元计算分析表明,造成该现象的原因是不同密实度砂土中管道贯入的土体流动及破坏机制不同,且贯入阻力的演化与剪切带的形成与发展密切相关。利用现行海底管道设计规范评估密砂中管道埋深时应充分考虑其贯入阻力随深度的演化特征,当管道埋深初步评估大于0.1D(D为管径)时,应结合计算结果上下限值合理预测管道埋深。     

温度对沥青混凝土力学特性的影响

沥青混凝土是现代水利工程中作为防水心墙的主要材料。通过室内高压温控三轴仪对两种沥青含量的沥青混凝土在不同温度下分别进行力学特性试验,研究温度对其力学性质的影响。试验结果表明：试件的应力-应变特性与温度有密切关系,试验温度为0℃时沥青混凝土出现应力软化现象,但随着温度的升高,应力软化现象消失,应力硬化现象呈现;同一沥青含量下,温度越高,最大偏应力越小;试件的抗剪强度随温度的升高逐渐降低;试件的蠕变随温度的升高而增大。     

考虑吸湿膨胀及软化的膨胀土边坡稳定性分析

膨胀土是一种具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性的特殊黏性土,暴露于大气中的膨胀土边坡处于连续的干湿循环过程中,在降雨条件下极不稳定。基于饱和-非饱和渗流理论,对降雨条件下膨胀土边坡的非饱和渗流过程和吸湿过程进行了数值模拟。编写了相应的FORTRAN语言程序,考虑了渗流过程中基质吸力变化、渗流软化和吸湿膨胀的影响,分析了强度衰减、渗流软化和湿胀对膨胀土边坡整体稳定性的影响。结果表明,在降雨作用下,经过多次干湿循环后,膨胀土边坡的破坏模式为浅层牵引式崩塌,破坏面位于风化区,与普通黏性土边坡的深层圆弧滑坡有较大区别。在考虑湿胀软化效应后,边坡最大位移增大了一个数量级,稳定性系数显著降低,膨胀性是边坡浅层滑坡的主要原因。研究结果较好地解释了膨胀土滑坡特有的牵引性、反复滑动性和浅层破坏性。     

平缓反倾红砂岩高陡切坡的稳定性分析

以沪渝高速公路湖北段平缓反倾红砂岩为研究对象,在平缓反倾红砂岩高陡边坡中岩体易软化崩解。自然冲侵蚀形成的高陡山体卸荷变形可达几十毫米至近百毫米,卸荷变形破裂方向与构造节理重叠,使节理裂隙变宽,贯通性提高,为高陡坡体提供了顺坡向陡直破裂面。加之公路切坡卸荷变形和坡体软化变形,岩体软化后的变形模量下降约80%,卸荷变形和软化变形各有数毫米的变形量,与自然坡体卸荷重叠,使坡体变形进一步加大,使红砂岩坡体潜在不稳定性增大。同时地下水作用使卸荷裂隙充填一定高度的静水压力,还使岩体产生软化,岩块软化系数一般在0.3~0.7,导致岩体强度显著下降,30～40 m高的静水压力可使边坡的稳定性系数从开挖前的5.56降至1.96,开挖后从2.77降至1.07,这两方面的作用可使切坡后较稳定的反倾坡体变化到极限平衡状态,甚至失稳状态。因此,施工中要特别注意切坡后的即时加固,并采取措施防止卸荷裂隙中地下水聚积,减少地下水对坡体的软化。     

岩石应变软化本构模型建立及NR-AL法求解研究

针对岩土工程材料应变软化问题及有限元对其数值计算时切线刚度矩阵负定造成求解困难的问题进行研究。建立了基于Drucker-Prager（D-P）强度准则的岩石弹塑性应变软化本构模型,本构积分算法采用一种完全隐式返回映射算法,它具有无条件稳定和精确的特点,详细论述了如何进行本构模型的程序化求解;考虑弧长法在判断切线刚度矩阵正定性导致效率低的缺点,在弹塑性增量有限元方程的迭代计算中尝试采用Newton-Raphson法和arc-length法（NR-AL法）联合迭代求解的思路,即在结构未达到极限荷载前采用NR迭代法,而当结构接近极限荷载时转换为AL法控制迭代,从而使结构越过峰值点进入软化区直至破坏,NR-AL法汲取了2者迭代求解中具有的优势;利用C++语言对所建应变软化模型的本构求解和弹塑性增量有限元方程迭代求解过程给予程序实现,应用所编程序进行数值计算,分析了D-P理想弹塑性模型、应变软化模型、应变硬化模型计算的应力-应变曲线的区别,同时将应变软化模型计算结果与试验数据进行了对比。研究结果表明：所建应变软化本构模型可以较好地模拟岩石材料的峰后软化特性,能够揭示峰后应变软化特性和破坏机制,同时NR-AL法能够求解由于应变软化造成的负刚度问题,也克服了单独使用弧长法时判断切线刚度矩阵正定性效率低的缺点。     

On the calculation of cumulative strain around full‐flow penetrometers in steady‐state conditions

An approximate solution for the effects of high strain rates, and gradual strength degradation, on the penetration resistance of penetrometers can be obtained by combining the strain‐path method with the classical upper bound theorem. The stream path calculations require the integration of the material constitutive equation along the streamlines. Unless the geometry is simple so that the integration can be evaluated analytically, numerical procedures are required to backtrack streamlines. The strain at any location is calculated by finding the streamline that passes through the given point and integrating the strain rate along that streamline from its inlet boundary. Thus, the calculations can be complicated, and errors can be accumulated during the calculation procedure. This paper presents an efficient approach for evaluating cumulative strains around penetrometers without the need to backtrack individual streamlines. In this approach, the strain components are treated as field variables. The global solution is obtained using the streamline upwind Petrov–Galerkin method. The new method together with an Eulerian‐based finite element formulation was used to study the cone penetration test and evaluate the effect of strain softening on the cone resistance. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.