深水海底天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定预测研究

以南海北部神狐海域天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定为背景,对深水浅覆盖层钻井井壁稳定预测模型,南海沉积物物理、力学参数,以及神狐海域天然气水合物储集地层井壁稳定的研究现状进行分析和总结,探讨深水海底天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定预测的难点和拟解决的方法,为深水海底天然气水合物浅覆盖层钻井井壁稳定预测提供支持。     

维持页岩井壁稳定的物理封堵模拟和化学抑制实验研究

页岩气作为一种储量巨大的非常规能源,是实现现代多元能源体系的重要一环。本文采用HKY-3压力传递实验仪研究不同盐溶液对页岩井壁稳定的影响规律。此外,基于离散元颗粒流模型,重构纳米颗粒拖拽力,模拟流体粘度及颗粒粒径、浓度、形状对页岩孔隙封堵效率。结果表明：（1）物理封堵方面,颗粒大小和浓度明显影响封堵效率,当颗粒最大值小于孔隙出口时,颗粒粒径由出口尺寸的1/5增加到出口尺寸的1/3和1/2时,孔隙封堵效率分别增加13%和23%。（2）流体物性对页岩纳米孔隙的封堵效果表明,粘度5 mPa·s时纳米颗粒封堵效率比1 mPa·s时高16.26%。（3）化学抑制方面,阻滞页岩孔隙压力传递的最佳的盐溶液及其浓度为20%HCOONa。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供理论和技术基础。     

钻井液水活度对页岩井壁稳定性影响的实验研究——以秀山龙马溪组页岩为例

通过压力传递实验,对秀山龙马溪组页岩进行了不同浓度和不同类型盐溶液影响下的渗流试验,确定不同水活度盐溶液对页岩渗流规律和井壁稳定影响机理。结果表明：（1）在相同浓度的盐溶液中,阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递能力最强的盐类为HCOONa。（2）对于相同类型的盐溶液,最高的浓度并不总能具有最好阻缓能力。阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递效果较好的前5种盐溶液是20% HCOONa、5% HCOONa、20% KCl、20% HCOOK和5% NaCl。（3）相对于人工压制页岩,在粘土矿物含量（20%）一致时,盐溶液贯穿龙马溪组页岩孔隙时间平均长90.11%,平均渗透率低99.14%。（4）在粘土矿物成分一致时,盐溶液在人工页岩中的渗流规律与龙马溪组页岩的一致性较好,但对于实际渗透率和渗流时间、表征系数与真实页岩相差大于90%。（5）针对龙马溪组页岩,提出了基于水活度的单位距离渗流时间模型,以及不同盐溶液的水活度-渗透率规律。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供较好的理论和技术基础。     

轻非水相液体污染源区结构的影响因素数值分析

轻非水相液体（light non-aqueous phase liquid,LNPAL）在地下介质中的运移分布与残余捕获受多种因素影响和控制。LNAPL污染场地概念模型中一般视LNAPL从地表泄漏后穿过包气带至潜水面。然而地下介质的非均质性与包气带含水量的空间变异分布可形成复杂的LNAPL污染源区结构,LNAPL可能无法到达潜水面,而在毛细水带蓄积。文章基于数值模型综合分析了LNAPL泄漏量、介质非均质性与含水量空间变异分布、潜水面周期性变化等多种因素对LNAPL污染源区结构的影响。研究表明:（1）当泄漏量较大时,LNAPL可运移至潜水面;（2）当泄漏量较小时,对于上粗下细的层状非均质条件,LNAPL可能在毛细水带边缘发生蓄积,无法到达潜水面;（3）包气带中黏土透镜体并非都是LNAPL运移的阻碍,LNAPL可以穿透低含水量的黏土透镜体,只有高含水量的黏土透镜体才对LNAPL的入渗有阻碍作用;（4）潜水面周期性变化将导致污染范围扩大。     

非稳定温度场的三维p型有限元方法研究

非稳定温度场的边界往往是温度梯度较大的区域,需要划分较密的网格。但在三维温度应力的计算中太密的网格往往使得计算成本很高。将p型阶谱有限元方法引入温度场的计算,则可以开拓一条解决这类问题的有效途径。研究了p型有限元中的温度边界条件和初值,编制了有关程序,对同一个算例,采用不同网格密度的常规有限元法和p型有限元法进行了温度场计算分析和对比。研究结果表明,用p型有限元进行非稳定温度场计算,在网格稀疏的条件下能够达到较高的精度。     

天津厚地层超长钻孔灌注桩单桩承载特性研究

天津市某主塔楼桩基选用后压浆超长钻孔灌注桩,为了掌握超长后压浆钻孔灌注桩在该地层的工程特性,共设计了2组（共8根）试桩进行单桩竖向抗压静载试验。试桩中安装了振弦式钢筋计和分层沉降管以反映桩侧摩阻力和桩身分层沉降状态。对试验数据进行对比分析和计算结果表明,桩侧注浆可以明显提高超长桩的侧摩阻力;采用预压加载可以增强超长桩的弹性,减少桩顶的沉降;卸荷稳定后试桩具有桩侧阻力,桩身上段所受阻力为负摩阻力,下段为正摩阻力,同时具有的桩身轴力使试桩产生一定的压缩,其压缩量为残余变形量的重要组成部分     

饱和黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性力学机制研究

将饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性问题视为半无限体内柱形孔的卸荷收缩问题。基于SMP准则改进的修正剑桥模型,采用应力空间变换方法推导了柱孔卸荷收缩问题的弹塑性解答,得出了孔壁临塑支护荷载和孔壁颈缩的解析表达式。在此基础上,提出了维持孔壁稳定所需最小泥浆重度和孔壁稳定安全系数的计算方法,并对影响钻孔稳定性的因素进行了研究。研究结果表明,饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁卸荷屈服后,孔壁周围土体处于弹塑性状态,钻孔颈缩量大,孔壁稳定安全系数较小;在泥浆支护条件下,饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性取决于土体重度、超固结比、土体内摩擦角及泥浆重度等因素,而与钻孔深度和孔径无关;土体超固结比和内摩擦角越大,维持钻孔稳定所需的临界支护压力和最小泥浆重度越小。在实际工程中,应在保证最小泥浆重度的条件下结合工程具体情况合理选取泥浆比例。     

平面应变下结构性对黄土基坑稳定性的影响

鉴于以往很少考虑黄土结构性对基坑开挖的影响,针对目前普遍存在的基坑稳定性问题,开展室内平面应变条件下的真三轴试验,建立黄土结构性与强度之间关系,通过FISH语言将其引入到基坑开挖数值模拟中,分析结构性对基坑开挖的影响。研究表明,结构性参数与强度指标的变化规律与以往研究结果基本一致,表现为结构性参数与黏聚力呈双曲线关系,但参数略有不同,其受摩擦角的影响较小;结构性影响下基坑侧壁出现明显滑带,且此时连续墙的侧向位移大于不考虑其影响时的位移,坑底隆起量亦如此。研究结果对黄土基坑工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

采动下卧煤层对深埋隧道结构稳定性的影响

通过3D有限元数值模拟,在分析某深埋隧道煤系地层隧道开挖、初期支护和二次支护动态施工过程的基础上,重点分析了下卧煤层(倾角 =35°,厚度h=2.8 m)按全陷落法分段开采后隧道支护结构的位移、应力特征,得到了下卧煤层经济安全的禁采深度。为复杂地质条件下煤系地层隧道建设和合理开采矿产资源提供了科学依据。     

管道衬砌内水外渗对边坡稳定影响的数值模拟

根据钢筋混凝土受拉开裂特性，通过混凝土开裂后钢筋和混凝土联合承载原理，提出了在内水压作用下混凝土衬砌开裂的裂缝宽度估算公式。根据开裂衬砌内水外渗的规律，提出了高压管道内水外渗与混凝土衬砌裂缝宽度相互影响的有限元迭代计算分析方法。该方法将内水压荷载分解为起裂荷载和破坏荷载，对混凝土衬砌起裂荷载采用一次加载，对破坏荷载采用分级加载迭代，由此较好地反映衬砌开裂和渗流耦合作用效应。根据渗流荷载对边坡的破坏作用，提出了对边坡稳定判断的思路。通过对实际工程的分析计算，论证了高压管道内水外渗对边坡的稳定影响, 为内水外渗与应力场耦合分析提供了一种有效的计算方法。     

福建安砂水电站大坝左岸边坡稳定性分析

安砂水电站建成以来，大坝左岸边坡仍有掉块现象。文章通过分析原有资料和实地调查，对存在问题的左岸和厂房后边坡，进行地质构造、岩石结构情况研究，综合考虑其构造地貌、坡度、地下水、岩石中缓倾角断层、节理或地层层面相互作用，引入同时考虑地震力E和重力W共同作用下，岩石结构面组合稳定性图解分析等方法，对大坝左岸近坝岸坡进行地震边坡稳定性评价。分析结果认为：大坝左岸岸坡高陡岸坡的上段、中段剖面中的一些结构面及组合面存在下滑及接近下滑的危险。     

猴子岩水电站进水口洞脸边坡稳定性分析

猴子岩进水口洞脸边坡高约180m,由于开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响引水系统的正常运行。通过对该边坡平洞揭露裂隙特征及地表工程地质条件的系统调查,对边坡的岩体结构类型及其结构面、断层与坡面组合特征进行了细致研究,在此基础上对可能的滑面组合采用刚体极限平衡法进行计算。最后对边坡的安全稳定性进行了评价。     

粉煤灰改性膨胀土水稳定性试验研究

针对典型中膨胀土及其粉煤灰改性土,进行了击实特性试验,并且在最优含水率、不同压实度状态下,进行了饱水后干密度、压实度变化特征试验,以及不同吸水时间、不同干湿循环次数下的无侧限抗压强度、压缩模量变化规律试验,以此探讨中膨胀土、粉煤灰改性膨胀土的水稳定性特征。试验结果表明：粉煤灰改性土可击实含水率范围较之未改性土宽,这给粉煤灰改性土路堤的施工带来了很大的方便。饱水之后,改性土的干密度和压实度比素土变化小,饱水能力不大,强度变化较小。改性土经过不同吸水时间和干湿循环次数之后,其强度最初发生急剧衰减,但最终趋于稳定。其衰减程度较之未改性土来说,有较大改善,水稳定性良好。     

泄水式管片衬砌泄流量对衬砌外荷载的影响研究

提出了采用泄水式管片衬砌结构型式解决铁路隧道高水压问题的结构设计理念。考虑渗流场对围岩应力场的影响,建立了水荷载为渗透体积力的管片衬砌外荷载计算公式,探讨了围岩渗透系数与最大可泄流量、衬砌控制泄流量与衬砌壁后接触应力的相互关系,以及围岩条件对衬砌壁后有效应力和接触应力的影响规律,并将该计算方法与远场水荷载视为面力的简易衬砌外荷载计算方法进行对比,以评估简易方法的可行性。结果表明：将水荷载视为面力与将其视为渗透体积力进行接触应力计算时,两者结果仅在一定条件下具有良好的接近度,前者只能作为衬砌外荷载选择的一种参考。