引汉济渭工程边坡岩体变形特性研究

三河口水利枢纽是引汉济渭工程两大水源工程之一,边坡岩体变形特性是主要的岩石力学问题,为此用刚性承压板法和钻孔变形试验,针对坝肩边坡不同岩性、不同风化程度岩体开展了大量原位试验。综合分析92个点刚性承压板变形试验成果,获得了不同岩体变形参数范围,重点讨论了不同变形曲线类型、各因素对试验成果的影响。介绍了钻孔变形试验方法及原理,分析了坝肩边坡岩体钻孔变形试验成果,最后对两种方法的变形试验进行对比,并综合评价了边坡岩体的变形特性。结果表明,该工程坝肩边坡岩体具有较高的变形参数,变形曲线大部分为直线型,岩体变形特性与岩体类别密切相关,两种试验方法所得岩体变形参数总体趋势一致。     

饱水裂隙岩石冻融变形特性研究

寒区岩体在裂隙水冻胀作用的影响下发生损伤劣化,严重威胁寒区工程建设安全。针对孔隙率不同的绿砂岩、红砂岩和花岗岩开展了饱水裂隙岩石的冻融循环试验,分析了不同裂隙长度、裂隙宽度和岩性的岩石在冻融循环过程中随时间和温度变化的变形规律,得到了饱水裂隙岩石冻融变形特征值的变化特征,探究裂隙长度、裂隙宽度及岩性对冻融应变特征值的影响,分析了裂隙岩石冻融变形特性和破坏机制。试验结果表明：（1）不同裂隙几何参数岩石冻融应变变化过程可分为7个阶段：冷缩阶段、冻胀阶段、冻胀趋稳阶段、热胀阶段、融缩阶段、融缩回弹阶段和融缩趋稳阶段;（2）饱水裂隙岩石冻融应变随温度变化的曲线为不能闭合的滞回环,出现“冻融滞回”现象,且随冻融次数增加,滞回环逐渐上移,残余应变逐渐增加;（3）饱水裂隙岩石冻融应变特征值包括最大应变、残余应变、冻胀幅值和融缩幅值,且应变特征值与裂隙长度、裂隙宽度和岩体岩性相关,裂隙岩石冻融破坏是残余应变逐渐累积的过程。     

岩石在峰值荷载变形条件下的松弛试验研究

进行了岩石在峰值荷载变形条件下的松弛试验及峰值荷载前的加卸载试验。试验表明：岩石在峰值荷载变形条件下的应力松驰曲线呈阶梯式下降特征,说明岩石在峰值荷载变形条件下的应力松弛是间断的和阵发式的,其原因是岩石内部破裂面相互滑动、裂纹扩展和新裂隙产生的综合作用;岩石结构的完整性和岩石弹性能量储存能力强弱对岩石的松驰特性具有明显影响,因这些因素不同,则应力下降台阶数及松驰时间也不同。     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。      

岩石应变软化变形特性及损伤本构模型研究

对滇藏铁路三江段的花岗岩进行了单轴和常规三轴压缩试验,研究了岩石在不同围压条件下的变形特性及其损伤演化规律。试验结果表明:该岩石压缩变形过程中,内部裂隙的演化经历了无起裂、起裂并稳定扩展、加速扩展、扩展变缓以及扩展停止5个阶段,且围压对岩石变形特性有显著影响。在此基础上,提出了基于有损微元生成的损伤演化模型,建立了三轴压缩条件下岩石应变软化损伤本构模型。该模型能够统一描述岩石峰前及峰后全部变形特性及其损伤演化规律,且损伤方程形式简单、参数物理意义明确。理论结果和试验数据具有很好的一致性,且参数分析结果也表明了该模型的合理性。     

桂柳高速公路边坡岩石风化速度的研究

作者对桂柳高速公路边坡对代表性岩石的剥落量、剥落厚度及风化破坏特征等表征风化速度的指标进行了观测试验,发现边坡岩石的风化速度主要受岩性、构造、气候(降雨及干湿循环频度、强度)、岩体结构特征、岩面起伏及其裸露程度和人为因素的控制,这与风化作用对岩石的综合影响因素是一致的。文中建立的岩石风化速度与降雨量的相关性公式及表征岩石风化特性的定量指标,对于类似地区、类似岩性具有一定的适用性和参考价值。     

海底隧道风化花岗岩流变试验研究

采用全自动三轴流变试验机对厦门东通道海底隧道风化槽地段岩石进行三轴压缩流变试验,研究了岩石在不同围压和不同应力水平作用下轴向应变随时间的变化规律。试验表明,强风化花岗岩时效特性较全风化花岗岩更加明显;围压对岩石蠕变变形存在很大影响,围压越大,蠕变变形量越小。通过分析岩石压缩流变过程中应力-应变关系可知,蠕变变形在弹性阶段不对岩石整体构成明显损伤。而进入塑性阶段后,黏塑性变形对岩石破坏影响较大。建议通过支护增加围压,以提高隧道围岩屈服强度和减小流变变形,防止隧道失稳破坏。     

岩石蠕变声发射特性研究现状与展望

蠕变是岩石一种重要的力学特性,与工程的长期安全稳定和安全密切相关。声发射技术作为一种无损检测手段,被广泛应用于岩石变形破坏研究领域。本文阐述了近年来基于声发射技术开展岩石蠕变特性方面的研究进展,主要包括不同岩性、加载方式、应力水平下岩石蠕变声发射特性,岩石蠕变破坏声发射前兆特征。在此基础上,提出了几点今后需要进一步深入研究的问题。     

考虑弹性模量变化的岩石统计损伤本构模型

为建立更为完善的岩石统计损伤本构模型,针对现有模型难以反映某些岩石在三轴试验条件下弹性模量随围压变化而改变的特性,从不同类型空隙对岩石变形性质的影响入手,深入分析了岩石弹性模量变化的机理,并在此基础上,依据弹性参数与岩石中未闭合裂隙数的关系建立了岩石弹性模量变化的分析方法。之后,引入统计损伤理论,考虑损伤阈值的影响和残余强度变形特征,建立了可模拟岩石变形全过程的统计损伤本构模型,并给出了基于三轴压缩试验曲线的模型参数确定方法。本文模型可反映岩石弹性模量随围压变化而改变的特性,且具备现有模型的优点,对岩石变形全过程模拟效果良好。最后,通过试验曲线与本文及同类模型理论曲线的对比分析,表明了本文模型的合理性与优越性。     

单一岩石变形特性及本构关系的研究

利用MTS815岩石材料试验机试验,得到了在不同围压下砂岩的应力-应变全过程曲线及曲线上的压密、弹性、应变硬化(塑性)和应变软化(破裂)的4个阶段。分析了各阶段岩石的变形特性和围压对岩石强度的影响。根据岩石的变形特性提出以Duncan模型为基础的、能够描述岩石压密、弹塑性和破裂段的单一岩石本构模型,用改进的模型分析了岩石变形破坏机理。实验表明,提出的改进本构关系能更好地描述岩石的变形和破裂。     

Influence of sedimentary environments on mechanical properties of clastic rocks

The sedimentary environments are the intrinsic factor controlling the mechanical properties of clastic rocks. Examining the relationship between rock sedimentary environments and rock mechanical properties gives a better understanding of rock deformation and failure mechanisms. In this study, more than 55 samples in coal measures were taken from seven different lithologic formations in eastern China. Using the optical microscope the sedimentary characteristics, such as components of clastic rocks and sizes of clastic grains were quantitatively tested and analyzed. The corresponding mechanical parameters were tested using the servo-controlled testing system. Different lithologic attributes in the sedimentary rocks sampled different stress–strain behaviors and failure characteristics under different confining pressures, mainly due to different compositions and textures. Results demonstrate that clastic rocks have the linear best-fit for Mohr-Coulomb failure criterion. The elastic moduli in clastic rocks are highly dependent upon confining pressures, unlike hard rocks. The envelope lines of the mechanical properties versus the contents of quartz, detritus of the grain diameter of more than 0.03 mm, and grain size in clastic rocks are given. The compressive strength or elastic modulus and the grain diameter have a non-monotonic relation and demonstrate the “grain-diameter softening” effect.     

济阳坳陷优质烃源岩特征与隐蔽油气藏的关系分析

通过对济阳坳陷优质烃源岩的研究,尝试建立勘探中、后期烃源岩研究的流程和工作方法。结合大量的分析资料,建立了本区优质烃源岩的评价标准,该标准可适用于中国的陆相断陷湖盆研究。对烃源岩的生排烃特征模拟结果表明,普通烃源岩、优质烃源岩以及有机质富集层三种不同类型的烃源岩生烃时间基本相同,但在排烃方面三者区别较大,普通烃源岩开始排烃最晚,优质烃源岩次之,而有机质富集层则最早进入排烃阶段。本区优质烃源岩的分布与隐蔽油气藏密切相关。沙四上亚段和沙三下亚段是本区广泛分布优质烃源岩的重点层位,它们与隐蔽油气藏的关系非常密切。优质烃源的分布直接或间接地决定了隐蔽油气藏勘探的成功率。对东营凹陷和沾化凹陷已经发现的隐蔽油气藏油气源的分析结果表明,在沾化凹陷,隐蔽油气藏主要以沙三段下部优质烃源岩为主。但罗家油田原油则是以沙四上亚段和沙三下亚段的碳酸盐岩源岩层所生成的混源油为主。沙四上亚段烃源岩主要形成地层性的隐蔽油气藏,而沙三下亚段烃源岩和沙四上亚段烃源岩均可以形成岩性型油气藏。在此基础上,建立了坳陷不同位置与其烃源岩和油气运移特点相关的隐蔽油气藏形成模式图。     

基于一种脆性指标确定岩石残余强度

岩石的残余强度是岩石力学的重要指标,准确地评价岩石残余强度对于评价地下工程的稳定性以及优化岩体支护设计具有重要意义。基于岩石的三轴力学特性提出一种表征岩石峰后强度衰减行为的力学指标--岩石强度衰减系数,该指标可反映岩石的脆性程度,并提出岩石强度衰减系数与围压关系的幂函数模型。对22组不同成因的岩石常规三轴压缩试验数据进行幂函数模型参数拟合,发现不同岩石拟合所得参数离散性较大,分析其原因主要与岩石矿物组成和岩石结构特征等因素相关。在此基础上提出基于强度衰减方法确定岩石残余强度的方法,分析表明,该方法能够很好地拟合岩石残余强度试验数据,并能反映岩石结构性质对残余强度的影响。     

围压条件下岩石声学特性的技术特征

声波传播速度能较好地反映岩石综合物理性质。在三轴向岩石声波速度测试的基础上,研究岩石地面声波传播速度与围压条件下（不同埋藏深度）声波传播速度之间的关系,依据试验数据和双参数回归分析处理结果可以看出：岩石声学特性随围压增加的变化遵从数学多项式;不同种类的岩石,其声学特性随围压变化的规律相差较大,因此,区分岩性剖面是研究和应用岩石声学特性的基础条件之一;同一岩石的声学特性随其埋藏深度的不同存在较大差别,因而在研究影响岩石声学特性变化的因素中,埋深不可忽视。     

内蒙古西部额济纳旗及邻区石炭系—二叠系沉积环境

为进一步研究额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系沉积地质与盆地原型, 根据研究区的岩性、岩相建造、古生物化石、沉积演化、沉积构造等基本数据,采用野外观察与室内研究相结合的方法,对额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系的沉积环境进行了分析。额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系受阿拉善古陆和北西方向海浸的控制,岩性特征受石炭纪—二叠纪构造单元的控制,岩性组合为碎屑岩+碳酸盐岩+火山岩。由南向北碎屑岩粒度变细,南部以滨岸环境的碎屑岩为主,北部以浅海陆棚环境和碳酸盐台地环境为主。额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系沉积环境对优质烃源岩和储集层的发育具有控制作用。     

内蒙古西部额济纳旗及邻区石炭系——二叠系沉积环境

为进一步研究额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系沉积地质与盆地原型,根据研究区的岩性、岩相建造、古生物化石、沉积演化、沉积构造等基本数据,采用野外观察与室内研究相结合的方法,对额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系的沉积环境进行了分析。额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系受阿拉善古陆和北西方向海浸的控制,岩性特征受石炭纪—二叠纪构造单元的控制,岩性组合为碎屑岩＋碳酸盐岩＋火山岩。由南向北碎屑岩粒度变细,南部以滨岸环境的碎屑岩为主,北部以浅海陆棚环境和碳酸盐台地环境为主。额济纳旗及其邻区石炭系—二叠系沉积环境对优质烃源岩和储集层的发育具有控制作用。     

烃源岩之下岩性油藏成藏模拟实验及其机制分析

在总结松辽盆地北部三肇凹陷扶余油层和杨大城子油层地质特征的基础上,设计了烃源岩之下岩性油藏实验模型;通过物理模拟实验,再现了烃源岩之下岩性油藏的形成过程,对油气运移的受力状态进行分析,探讨了烃源岩之下岩性圈闭中油气聚集成藏的机制.实验结果及实例表明,该类油藏的形成须满足两个地质条件,即上覆优质烃源岩具有足够超压和有断裂沟通烃源岩与下伏砂体,超压是油气向下运移的动力,断裂则是其主要运移通道,这对寻找烃源岩之下岩性油藏具有重要的指导意义.     

内蒙古锡林浩特地区中元古代锡林浩特岩群的厘定及其意义

通过大比例尺填图和剖面研究, 将内蒙古锡林浩特地区的"锡林郭勒杂岩"解体分为3大部分: 一套表壳岩、晚元古代基性-超基性侵入岩和早古生代酸性侵入岩.在此基础上根据变质岩的岩性组合和变形变质特点, 可将其中的表壳岩化分为4个岩性段: 黑云(石榴石)斜长片麻岩, 间夹多层条纹状斜长角闪岩, 在其顶部多见薄层含磁铁石英岩; 中粗粒黑云斜长片麻岩和细粒长英质片麻岩; 混合岩化条带状黑云(角闪)斜长片麻岩, 含石榴石黑云二长片麻岩夹条纹状斜长角闪岩组合; 夕线石黑云斜长片麻岩, 条纹状黑云斜长片麻岩, 间夹含石榴石黑云母石英片岩.通过对比区域内宝音图群、艾勒格庙组、白乃庙群等古老地块的岩石组合, 发现在原岩建造、变质级别、沉积环境等特征上均有区别, 应将这套表壳岩单独厘定为锡林浩特岩群, 它们组成了锡林郭勒微陆块前寒武变质基底岩系, 其地质特征的研究对锡林郭勒微陆块基底的形成和演化及华北板块与西伯利亚板块的构造关系演化有重要意义.      

基于ASTER光谱特征的科技廊带岩性填图:以新疆塔什库尔干地区为例

科技廊带填图是以解决关键地质问题为目的填图方式,但部分地区海拔高差大,交通不便,给填图工作造成巨大困难。遥感岩性解译可为填图工作提供重要参考。然而,当前主流的遥感岩性解译方法仍是基于地貌纹理等间接解译标志开展的。相对而言,矿物岩石光谱特征作为最为直接和准确的遥感岩性解译标志却少有实例报道。本文基于ASTER遥感影像和岩石光谱特征分析,对部分地区海拔高差较大的新疆塔什库尔干地区进行岩性解译工作,以检验其适用性。在野外工作对研究区岩性类型进行识别和鉴定的基础上,ASTER光谱分析成果影像可较准确显示区内主要岩性类型的地表出露。其中,ASTER热红外波段比可反映区内中高级变质岩、花岗岩类及碳酸盐岩的整体分布特征;在此基础上,ASTER可见光-近红外及短波红外波段比可准确鉴定与Fe~(3+)、Fe~(2+)-硅酸盐、Al-OH、Mg-OH等成分相关的矿物组成(如绿泥石、白云母及石榴子石等),从而对地表岩性出露进行更为细致的识别和分类。研究结果表明基于ASTER光谱特征的岩性填图方法在新疆、西藏等地区有天然的实用性,既可克服区内海拔高、交通不便等困难,又可准确指示地表关键岩性类型的出露情况,可作为科技廊带填图及地质研究工作的重要手段。     

内蒙古西部银根-额济纳旗地区石炭系-二叠系碳酸盐岩沉积模式及其石油地质意义

根据碳酸盐岩建造基底的成因,将研究区石炭纪-二叠纪的碳酸盐台地划分为火山垫高型(HEP)、三角洲垫高型(DEP)、海岸沉没型(CSP)和陆架变浅型(SSP)4类.不同类型的碳酸盐台地具有不同的沉积模式,造就了地层形态及夹层岩性各异的沉积建造,形成不同的生储盖组合.火山垫高型碳酸盐岩建造,基底和建造内的火山岩或火山碎屑岩、建造石灰岩和砂砾岩夹层构成储集层,建造上覆或侧翼的浅海相暗色泥岩和建造石灰岩、暗色泥岩夹层为烃源岩,建造上覆的浅海相泥岩为盖层,形成较复杂的自生自储式岩性圈闭;三角洲垫高型碳酸盐岩建造,储层主要是基底的辫状三角洲(扇三角洲)砂砾岩和建造内的砂砾岩夹层,烃源岩为建造上覆或侧翼的浅海相暗色泥岩和建造内的暗色泥岩夹层,侧翼或上覆的暗色泥岩为盖层,构成较复杂的自生自储式岩性圈闭;海岸沉没型和陆架变浅型的碳酸盐岩建造,储层可能仅有石灰岩,烃源岩和盖层为浅海相暗色泥岩,形成相对简单的自生自储式岩性圈闭.