离心机的使用在泥浆工程中起到重要作用

重钻井液由于引起环空速度和孔底压力增加而造成钻孔失稳,这常常减小钻进速度及钻井液携带能力,增加离心机,将用于控制泥浆密度,提高机械钻速,并减少井下压力和防止压裂地层的风险。Parker Lane钻了长度超过1500K、直径为24英寸的钻孔,从钻孔到回拖管线仅仅短短的七天,离心机的使用在施工中起到重要作用。     

钻孔灌注桩泥浆流变特性及水力参数研究分析

钻孔灌注桩泥浆主要功能是稳定孔壁、悬浮和携带钻渣,其泥浆流变特性和水力参数对泥浆作用至关重要。本文首先实验研究了钻孔灌注桩泥浆的流变特性;然后推导出了钻孔灌注桩泥浆流变参数的计算公式;最后分析了钻孔灌注桩泥浆稳定孔壁、携带和悬浮钻渣的特性,对评价和优化钻孔灌注桩泥浆具有重要理论和实践意义。     

钻孔灌注桩泥浆流变性能评价方法探讨

粘度是评价钻孔灌注桩泥浆性能的重要参数之一。由于钻孔灌注桩桩径大,泥浆循环速度低,剪切速率低,评价石油钻井和地质勘探泥浆流变性能的方法不适合评价钻孔灌注桩泥浆粘度。首先分析了钻孔灌注桩循环速度,推出其剪切速率分布;然后分析了旋转粘度计的剪切速率,提出了低转速的粘度计更适合评价钻孔灌注桩泥浆;最后推导出了塑性粘度、有效粘度和动切力的计算公式,对准确评价钻孔灌注桩泥浆具有重要理论和实践意义。     

洗砂泥浆压滤脱水性能及快速检测方法

工程渣土在水洗砂过程中产生的洗砂泥浆存在脱水效果差、不稳定的问题,这与泥浆的脱水性能密切相关。通过模拟现场洗砂工艺获得不同脱水性能的洗砂泥浆,开展了改进滤失试验及模拟压滤试验,研究了洗砂泥浆脱水性能受洗砂工艺的影响规律,获得了一种能够快速表征泥浆脱水性能的指标,用以指导优化渣土洗砂工艺。结果表明：洗砂泥浆脱水性能受洗砂粒径和加水量影响明显,滤失量及渗透系数与脱水性能有较好的相关关系;而30 min滤失量与最终滤失量、最终泥饼含水率呈现较好的相关性,能够较准确地反映泥浆脱水性能;经模拟压滤试验进一步验证,30 min滤失量可以作为洗砂泥浆脱水性能的快速表征指标。基于此提出了一套洗砂泥浆脱水性能的快速检测及工程渣土洗砂工艺优化方法,能够及时为洗砂工艺参数调整提供指导,以获得脱水性能较优的洗砂泥浆,最终使脱水效果得以改善和稳定。     

有机泥浆理化特性研究及其工程应用

分析了普通无机泥浆护壁机理,提出了钻孔护壁有机泥浆新概念,并通过室内对比试验研究了桩基钻孔护壁有机泥浆的物理性能与HPAM加入量的相关关系以及HPAM的降解过程,并将有机泥浆应用于成都某卵石地层钻孔灌注桩施工。通过室内试验与实际工程应用,综合分析了不同黏粒含量有机泥浆的优缺点,提出了适用于钻孔护壁的有机泥浆配比,并对有机泥浆的降解和环保做了深入地分析,得出有机泥浆是可降解的结论,为钻孔灌注桩护壁施工提供了新的途径。     

用破壁方法增大泥浆钻孔出水量

泥浆作为一种冲洗液，在钻进扩孔阶段，有着护孔、防坍塌、防漏失等作用。但泥浆钻进在孔壁上形成的泥皮，有着很强的隔水作用，严重地影响了钻孔的出水量，成了泥浆钻进的严重弊病。多年来，我队在用破壁方法增大泥浆钻孔出水量方面，收到了一定的成效。     

废泥浆脱水的试验研究

岩土工程施工产生的废泥浆含水量高,脱水性差,因此如何提高废泥浆的脱水量至关重要。试验中通过对废泥浆的物理化学调质,以改变废泥浆颗粒表面物化性质和组分,破坏废泥浆的胶体结构,减小与水的亲和力,从而改善废泥浆的脱水性能。对不同种类的无机材料和有机高分子絮凝材料的试验分析发现,有机高分子聚丙烯酰胺PAM的絮凝脱水效果要优于无机材料。在阳离子型PAM、阴离子型PAM、非离子型PAM三类材料对废泥浆的絮凝脱水效果中,阳离子型PAM的絮凝脱水效果最好。     

护壁防塌泥浆在贵州晴隆沙子煤矿ZK209号孔中的应用

结合以往深孔泥浆的使用经验和理论知识,针对钻孔的护壁防塌问题,配制了2种护壁防塌泥浆,分别为广谱—沥青护壁防塌泥浆和聚丙烯腈胺盐—广谱—植物胶护壁防塌泥浆。经过多个钻孔检验,2种泥浆具有良好的使用性能,具有低失水性、强抑制性、造壁好、稳定性高等特点。以贵州省晴隆县沙子煤矿ZK209号钻孔为例介绍了2种护壁防塌泥浆的应用效果。     

滨海复杂地层超深旋挖钻孔灌注桩质量问题改进技术

钻孔上部存在较厚的淤泥质软弱地层,旋挖钻孔灌注桩施工时应在孔口设置泥浆缓存池,始终保持钻孔内的泥浆面高度。护壁泥浆的性能是保证钻孔质量的基础,施工时必须加强对泥浆性能指标的监测,必要时应采用泥浆净化装置对泥浆进行净化。选择合理的护筒埋设长度和钻进参数,不仅可以保证施工质量,还可大幅降低施工成本。     

滨海潮间带海上钻进冲孔与护壁技术措施

介绍了青岛李村河灰管桥桥墩钻孔灌注桩施工中采取的护壁技术措施：针对滨海潮间带潮汐的影响，设置特别的泥浆循环系统，以保持钻孔的压力平衡，根据钻进泥砂，流砂层和砾石层的特点，配制优质海水泥浆，加强泥浆的净化与性能维护工作。     

夹有泥皮粗粒土与结构接触面力学特性试验研究

进行了粗粒土与结构之间夹有泥皮和无泥皮两种状态的接触面单调和循环剪切试验,初步研究了夹有泥皮时接触面静动力学特性的规律和作用机理。试验表明,泥皮对粗粒土与结构接触面的力学特性有重要影响。当泥皮不厚时,接触面仍表现出粗粒土与结构接触面的基本力学特性。泥皮越厚,接触面的抗剪强度越低,相对法向位移会越大。当泥皮极厚时,泥皮将隔断粗粒土与结构面的接触而成为泥皮与结构接触面。泥皮对接触面力学特性的影响程度不仅与泥皮本身的特性及其厚度有关,还与构成接触面的结构面材料与粗粒土的特性有关。     

防渗墙粗粒土槽孔泥皮的抗渗性试验研究

通过自制泥浆渗透试验仪,针对粗粒土地基防渗墙泥皮的渗透稳定性问题,开展了护壁泥皮抗渗性能的试验研究。结果表明,泥皮具有明显的截渗作用;不同压差作用下泥浆渗透形成的泥皮具有不同的抗渗特性,压差越大、泥皮越致密,抵抗渗透破坏的能力越强,泥皮的渗透性也就越小;反压渗水作用下泥皮的抗渗性能较正压渗水作用下的抗渗性能差;随着水力作用持续时间的增长,泥皮的结构发生变化,孔隙增大,流速逐渐增大,在较大水力梯度作用下会发生破坏;泥皮的临界水力梯度与其形成时压差作用大小有关,泥皮形成压差越大,正、反向渗水的临界水力梯度越大;反之,临界水力梯度越小。关于泥皮抗渗性能的深化认识,对于完善防渗墙设计与施工具有重要的意义。     

A fluid-pressure feedback model of dehydration reactions: experiments, modelling, and application to subduction zones

Dehydration and melting reactions generate large volumes of fluid in the crust and upper mantle, and play an important role in subduction zone seismicity. The fluid pathway must evolve from isolated pockets in low porosity, low permeability rock, coalescing to interconnected permeable pathways to the surface. When fluid pressures generated from a dehydration or melting reaction are sufficient to induce hydrofracture, then hydrofracture significantly influences the porosity–permeability structure within the dehydrating/melting horizon. If a low fluid-pressure boundary is introduced to the dehydrating rock, then fluid will be driven from the rock along the evolved permeable network toward that boundary. The resulting pressure reduction can then accelerate the dehydration reaction and further drive the flow. The sudden introduction of a low fluid-pressure boundary may occur by the co-seismic (dilatant) rupturing of a pressure seal that connects different fluid pressure states. This mechanism is invoked to explain the observed post-seismic evolution of wave velocities (V_p/V_s) following the 1995 Antofagasta, Chile earthquake. We show experimental results and introduce a conceptual and numerical model that reflects this scenario. The model couples the mechanical and thermodynamic effects of fluid pressure with devolitization kinetics, and is quantitatively consistent with experimental studies of the dehydration of gypsum and serpentine. The experimental results show that dehydration is controlled by access to a free (drained) boundary. The model provides a mechanistic explanation for the experimental observations and has applications in understanding the role of transient transport networks on the large-scale behavior of dehydrating and melting systems.     

水泥-水玻璃浆液裂隙注浆扩散的室内试验研究

动水环境中的注浆扩散规律对指导突涌水治理注浆设计与施工具有重要意义。通过开展水泥-水玻璃（C-S）浆液单一平板裂隙动水注浆模型试验,揭示了基于试验条件下的C-S浆液裂隙动水注浆扩散过程的非对称椭圆（AE）扩散规律,提出浆水速比的概念并用其拟合AE扩散控制参数随时间的变化曲线,分析了浆水速比对浆液扩散范围的影响,最终建立了描述浆液扩散迹线的瞬态方程。研究结果表明：浆液扩散迹线可以采用随时间变化的非对称椭圆进行描述;逆水扩散距离和扩散开度与浆水速比正相关而浆液顺水扩散距离与浆水速比负相关。并据此对裂隙动水注浆设计提出了建议,希望对实际注浆工程提供一定借鉴。     

冻结孔泥浆置换中缓凝水泥浆及混合浆的性能劣化规律

冻结孔泥浆置换已成为岩层冻结法凿井的必需环节,但冻结管下放易遭遇浆液黏滞阻力过大,甚至被“抱死”导致钻孔报废。为深入掌握深孔环境中水泥浆及其与泥浆混合浆的性能劣化规律,以表观黏度作为衡量指标,考虑养护时间、温度、失水状态及混合浆的体积比等因素,分别开展缓凝水泥浆、混合浆的室内试验研究。结果表明:养护时间20 h内,水泥浆和混合浆的黏度均随养护时间延长而增长,但混合浆黏度值及增长速率远超过水泥浆;二者黏度与温度之间呈非线性变化关系;失水状态加速浆液的黏度增长,尤其是对混合浆的黏度影响更大;混合浆的黏度与体积比之间呈现为非线性关系;与缓凝水泥浆相比,混合浆的黏度剧增等性能劣化现象,受养护时间、温度及失水状态的影响都更为显著。分析认为,水泥与泥浆的混合浆液的黏度骤升、流动性大幅下降甚至丧失,是冻结管下沉阻力过大甚至被“抱死”的关键原因;因此,控制浆液混合段高度,抑制混合浆的黏度增长,是保证冻结管安全顺利下沉的关键。      

泥浆渗透对盾构开挖面稳定性的影响研究

泥水平衡盾构开挖时,泥浆与开挖面上的土体会形成一层不透水的泥膜,以便泥浆压力有效地作用在开挖面上。但由于刀盘的不断切削,泥膜并不能完全地阻止泥浆对前方土体的渗透,特别是在渗透性较大的砂性土体,或在特殊地质条件下出现泥浆与土体性质不匹配的时候。这种渗透将会减小泥浆对开挖面的支撑作用,过剩泥浆压力将以渗透力的形式作用于开挖面土体。为了定量考虑渗透对开挖面稳定性的削弱,提出了针对泥水平衡盾构开挖面稳定性的泥浆渗透模型。结合极限平衡法的村山公式,考虑泥水的渗透区域与滑动面之间的几何关系对泥水压力进行折减,得到了泥浆渗透模型的开挖面稳定性安全系数,并采用此渗透模型探讨了泥浆渗透对开挖面稳定性的影响。通过与工程算例对比分析表明,实际工程中所需的泥浆压力明显大于“薄膜模型”的计算结果。因此,采用渗透模型进行开挖面稳定性分析是合理、有效的。     

水泥-水玻璃浆液凝固特性试验研究

水泥-水玻璃浆液在灌浆、堵水等工程中具有广泛的应用,而浆液的凝固特性对灌浆、堵水效果具有直接的影响。在对水泥-水玻璃浆液凝结硬化机理分析的基础上,对不同水灰比浆液的胶凝时间和流动度进行了试验研究,并对FDN、SM、NF、UNF-5、柠檬酸、多聚磷酸钠、酒石酸钾钠、酒石酸、磷酸氢二钠等外加剂对浆液凝固特性的影响进行了对比试验研究。在此基础上重点对磷酸氢二钠的缓凝性能进行了试验分析,初步获得了磷酸氢二钠对水泥-水玻璃浆液的凝固性能的影响规律。最后按初凝时间设计了几种水泥-水玻璃浆液的配方。     

新型水玻璃−酯类注浆材料及其固沙体特性研究

针对风积沙边坡稳定性差和常用加固技术存在成孔困难、加固范围有限等问题,提出以二元酸酯为固化剂的新型水玻璃?酯类浆液对风积沙进行加固的思路。采用倒杯法和旋转黏度计对新型水玻璃?酯类浆液的凝胶时间、黏度时变性进行了系统测试,并通过三轴试验研究不同浆液填充率对固沙体强度和渗透性的影响规律。研究表明：新型水玻璃?酯类浆液凝胶时间在20 s～60 min之间,浆液黏度随时间增长呈现指数型增长变化,且凝胶之前黏度低;当浆液填充率从0%增加至100%,固沙体黏聚力由0 kPa线性增加至148.4 kPa,内摩擦角按抛物线变化规律从32.1o增加至37.8o,渗透系数从3.42×10?5 cm/s降低到8.74×10?7 cm/s;与水玻璃?磷酸浆液、水玻璃?硫酸浆液相比,新型水玻璃?酯类浆液固沙体抗压强度高。该研究结果为风积沙边坡加固提供了新的方法。     

泥水盾构泥膜形成二维理论分析

在各种复杂环境下采用泥水盾构法修建隧道工程,需要解决在开挖面上如何及时形成安全有效的泥膜支护问题。采用修正的剑桥模型中正常固结黏土各向等压固结曲线规律,建立泥膜固含率与有效应力之间的关系,结合圆球形颗粒孔隙理想模型的渗透率以及泥膜固含率、渗透率和比阻三者之间的关系,确立新的泥膜形成本构关系模型。将泥膜形成一维模型拓展为二维模型,基于增量分析方法分析泥膜的增长规律,给出泥膜滤失量和厚度分别与位置、时间、重度比和盾构直径等因素的关系。结果表明,修正的剑桥模型能够较好地表征泥膜压缩固结特性;对于高压泥浆,泥浆重度对泥膜增长的影响较小,但对超大直径的盾构其影响不可忽略。     

顶管施工中注浆减摩作用机理的研究

长距离顶管施工中为减小顶进阻力通常采用注浆减摩措施。研究了注浆材料及其性能，对注浆过程中浆液与管道以及周围土体之间的相互作用机理进行了分析，探讨了浆液在土体中的渗流以及注浆对土层移动的影响，提出了注浆时应注意的几个问题。