A unified constitutive model for cemented/non-cemented soils under monotonic and cyclic loading

Acta Geotechnica - In this paper, an elastoplastic constitutive model is proposed to uniformly describe the mechanical behavior of cemented/ non-cemented soil under different loading conditions. A...     

Numerical analyses of uplift behavior of pile foundation for transmission line structure in frozen soil regions北大核心CSCD

Pile foundation is one of the most commonly used and suitable foundations to support transmission line structure, especially in seasonally frozen soil regions and permafrost regions. Axial compression is the controlling condition in the design of foundations for such structures as bridges and buildings, while uplift and overturning will control the design of transmission line structure foundations. This paper presents an extensive overview of previous studies including experimental (e. g., laboratory model test and full-scale field load test), analytical/theoretical (e. g., limit equilibrium and limit analysis based on plasticity)and numerical(e. g., finite difference and finite element methods). The review indicates that study on the uplift behavior of pile foundation in frozen soil is relatively limited, particularly in the case of combined effect of axial uplift and lateral loading. Interaction between pile and frozen soil and mechanism of load transfer along the pile shaft and around the pile tip still remain unclear. Therefore, this paper implements finite difference analysis within FLAC3D to investigate the behavior of pile foundation in frozen silty clay and gravelly sand under axial uplift behavior and the effect of ground condition and lateral loading on the uplift behavior. Because of the axisymmetric condition of the problem studied, only half of the model is simulated. The chosen domain of the medium is discretized into a set of quadrilateral elements and the pile is discretized by the cylinder element. The interaction between the soil and pile is considered according to interface elements. Mohr-Coulomb criterion is adopted to model the soil behavior (perfectly elastic-plastic), while the pile is simply considered as a rigid body. The soil parameters such as Young’s modulus, cohesion and internal friction angle used for numerical analyses are determined by laboratory tests and estimated according to the empirical correlations with in-situ tests. The present numerical modeling is verified with the results from field loading tests on pile foundations in Qinghai-Tibet ±550 kV transmission line project. On this basis, parametric studies are carried out to uncover the behavior of pile in frozen soil. It is observed that pullout is the dominant failure mechanism of pile and the uplift load-displacement curve clearly exhibits an asymptote, consisting of initially linear elastic, nonlinear transition, and finally linear regions. These results are consistent with the observations in a few previous studies. In addition, larger uplift capacity of pile foundation in freezing period and gravelly sand is gained (about 20%). Lateral loading increases the deflection and therefore, decreases the uplift capacity of pile foundation. For the convenience of using the results obtained in practice, the values of uplift factor for pile foundation in silty clay and gravelly sand are provided. Finally, it should be noted that the method used, and the results obtained in the current work could be useful for engineers and designers, at least providing them some qualitative evidence for pile design in seasonally frozen soil regions and permafrost regions. This is important and necessary to ensure the safety of construction in such regions. Meanwhile, numerical analyses in the current work can be a benchmark example for subsequent research studies. © 2022 Science Press (China).     

尼日尔Termit盆地上白垩统成藏条件分析与勘探策略

尼日尔Termit盆地纵向上主要发育白垩系和古近系两套大的成藏组合,其中上组合古近系Sokor组为主力成藏组合,下组合白垩系为潜在成藏组合。盆地整体从下到上发育了下白垩统陆相-上白垩统海相-古近系陆相沉积旋回,发育了特殊的海侵层序。随着Termit盆地古近系主力成藏组合的勘探程度越来越高,亟待开辟新的勘探领域。基于研究和勘探实践,对Termit盆地下组合(白垩系)勘探新层系进行了探索。下组合白垩系又可以细分为K1、Donga组和Yogou组上段(YS3段)3个成藏组合,通过构造建模、沉积体系研究和油气成藏条件分析,认为YS3段具有较好的成藏条件,是下步勘探的重点领域。YS3段形成于海平面高频震荡下行时期,总体为海陆过渡相,三角洲体系发育,以砂泥互层沉积为主;其中发育的泥岩为该盆地主力烃源岩且大面积成熟,生烃潜力大,同时又是非常好的局部盖层;三角洲相石英砂岩结构和成分成熟度高,可做良好储层,且与烃源岩交互发育,埋藏适中,因此YS3段具有良好的“近源”油气成藏条件。结合构造研究和钻井揭示特征进行Yogou组时期沉积体系研究,建立时间与空间演化序列特征,评价物源体系和储层发育特征,进而优选有利勘探区带。通过盆地东、西和南缘沉积期古地形的对比研究,认为Yogou组时期盆地在不同盆地边缘位置具有不同的地形和沉积体系发育特征,西部Dinga断阶带为“陡坡带”特征,隆起区通过几组深大断裂快速进入深凹区,连接隆起和深凹区的斜坡区较窄;南部Yogou斜坡区和东部Fana低凸起地区地形较缓,斜坡区域面积大,有利区带广,据此建立了“陡坡带”和“缓坡带”沉积模式。东部隆起带在晚白垩世为Termit盆地的主力物源区,西部和南部为次要物源区,因此在海侵层序后期在东部广泛发育大规模三角洲前缘砂与泥岩互层的层序,南部次之,西部规模最小。烃源岩研究认为YS3段烃源岩为陆源有机质,与物源规模有关。因此沉积体系研究认为盆地西南部和东南部“缓坡带”储层和烃源岩都更加发育,成藏条件和可勘探面积都优于盆地西部“陡坡带”。下组合白垩系Yogou组YS3段与上组合古近系Sokor组比缺乏区域盖层,上组合反向断块勘探策略不适合YS3段层系,应重点针对背斜圈闭、小断距反向断块、顺向断块和岩性圈闭进行勘探。     

榆树林油田扶杨油层沉积岩地球化学特征及地质意义

三肇凹陷榆树林油田扶杨油层中泥岩、粉砂岩和砂岩样品主量元素和微量元素地球化学分析表明,多数主量元素含量中等,与全球平均大陆上地壳(UCC)相比,Fe_2O_3、MgO、CaO、Na_2O含量较低,而TiO_2、Al_2O_3、K_2O、MnO含量均略高;样品中的相容元素(V、Cr、Co、Ni等)含量均低于澳大利亚后太古宙页岩(PAAS)和UCC;稀土元素总量为102×10~(-6)~276×10~(-6),平均为188×10~(-6),与PAAS表现出相似的球粒陨石标准化曲线,显示了相似的物源和构造背景。元素间的相关性分析显示大部分元素与SiO_2负相关而与Al_2O_3正相关,说明大部分元素受到黏土矿物吸附作用的影响,石英与长石矿物对这些元素表现出一定的稀释效应。根据主元素物源判别方程图和Th-Hf-Co图投影及La/Hf、(Gd/Yb)N值,扶杨油层物源主要来自后太古宙长英质火山岩,可能卷入了部分再循环沉积岩。通过一系列的构造背景判别图解分析,表明扶杨油层沉积时以大陆岛弧环境为主。在对油层组进行了纵向古气候分析后,认为FI油层组沉积时处于一个构造活动强、干旱的环境中,所形成的沉积岩储层物性更好,是油气勘探开发的重点层位。     

西准噶尔包古图富镁闪长质岩墙的时代、地球化学特征以及铜金成矿意义

西准噶尔包古图地区广泛发育富镁闪长质岩墙.对这些岩墙进行角闪石Ar-Ar和锆石U-Pb定年分别获得(313.1±3.5)Ma和(316.3±3.8) Ma的年龄,显示其主要形成于晚石炭世.闪长质岩墙以富Si(SiO2=56.8 ％～62.9％)、Mg(MgO=2.39％～4.04％、Mg#=54-62)、Cr(Cr=30×10-6～80×10-6)、Ni(Ni=20×10-6～62×10-6)为特征,具有弱的Eu负异常和高Sr/Y比值(36～44),强烈亏损HREE (Yb=1.32×10-6～1.54×10-6、Y=13.1×10-6～15.5×10-6),富集LILE (K、Sr、Ba),亏损HFSE(Nb、Ta、Ti).这些特点显示,这些闪长质岩墙可能是由俯冲的板片熔体与地幔橄榄岩反应而成,与洋脊俯冲有关.而闪长质岩墙的形成过程也有利于铜金矿床的形成,显示该区有良好的成矿远景.     

湖南金船塘锡铋矿床流体包裹体特征及矿床成因的初步研究

金船塘锡铋矿床是东坡矿田内一个以锡铋为主的大型矽卡岩型多金属矿床,其成矿流体演化及成矿机制是理解该区花岗岩浆演化与成矿的关键内容,但迄今为止对其成矿流体演化及成矿物理化学条件尚无人研究。本文以金船塘锡铋矿床为研究对象,在详细野外调查的基础上,系统开展了镜下观察、流体包裹体显微测温以及激光拉曼分析,进而对金船塘矿床的地质特征及流体演化过程进行了初步研究,并获得如下认识：（1）该矿成矿演化过程可划分为原生矽卡岩阶段、退化蚀变阶段、云英岩阶段、锡石硫化物阶段及无矿石英-碳酸盐阶段;（2）成矿流体的成分以H₂O为主,气相成分中含少量的CO₂、CH₄、SO₂,子晶成分主要为NaCl,含有少量的KCl,成矿流体为H₂O-NaCl（±KCl）-CO₂（±CH₄）体系;（3）矽卡岩阶段中流体包裹体均一温度分布在174~>550℃,但主要集中在550℃以上,其盐度范围为5.41%~15.3% NaCleqv;退化蚀变阶段均一温度范围为143~>550℃,主要集中在230~300℃,盐度范围为1.22%~37.4% NaCleqv;云英岩阶段均一温度分布于220~500℃范围内,主要为240~350℃之间,盐度范围为3.0%~14.3% NaCleqv;锡石硫化物阶段中的包裹体均一温度分布于170~368℃,主要为220~270℃,盐度分布在0.35%~7.86% NaCleqv。总体上从成矿早阶段到晚阶段,成矿流体总体具有向低温、低盐度方向演化的趋势。成矿流体的总体密度分布在0.65~1.0g/cm³之间,矿床形成的压力约为120~200MPa,对应的成矿深度约为4~7km;（4）早期成矿流体以岩浆水为主,在演化过程中有大气降水的加入,流体降压沸腾作用和流体混合作用可能是矿石沉淀的主要机制。     

造山型金矿成矿流体来源与演化的氢-氧同位素示踪：夹皮沟金矿带例析

在详细的矿床地质研究和成矿阶段划分基础上,系统采集了距夹皮沟断裂带100~3622m的6个金矿床不同成矿阶段的20件矿石样品,进行了氢、氧同位素测试。距夹皮沟断裂带由近及远,各金矿床的氢、氧同位素组成分别为:北沟(100~172m,δD=-97‰~-90‰,δ18O_w=-3.26‰~5.49‰)、二道沟(820~830m,δD=-95‰~-94‰,δ18O_w=-4.58‰~-0.50‰)、三道岔(1385~1412m,δD=-97‰~-91‰,δ18O_w=-3.58‰~-1.39‰)、四道岔(2776~2802m,δD=-99‰~-80‰,δ18O_w=0.75‰~4.69‰)、八家子(3400m,δD=-102‰,δ18O_w=0.22‰)、夹皮沟本区(3595~3622m,δD=-108‰~-92‰,δ18O_w=2.91‰~5.39‰)。成矿早、主、晚阶段δD、δ18O_w和W/R值分别为-97‰~-80‰、3.99‰~5.49‰和约0.1;-108‰~-90‰、-3.26‰~4.71‰和0.1~0.5;-97‰~-91‰、-4.58‰~-2.68‰和0.01~0.1。反映金矿早阶段成矿流体以变质水为主体,混入有少量岩浆水,W/R值较小;主阶段成矿流体为变质水和大气降水的混合,W/R值显著增大,氢、氧同位素和W/R值具有明显的空间不均一特征(成矿流体隧道式流动):前者与距夹皮沟断裂带的距离正相关、后两者负相关,而它们与各金矿床已探明资源量的相关性相反,可能表征了成矿系统有效流体压力对W/R值和金沉淀成矿的控制作用;晚阶段大气降水大量加入,成矿流体弥散式的流动机制引起大面积同位素均一化,W/R值最小。据此推断,氧同位素低值区与氢同位素和W/R高值区(尤其是它们的显著变化区)的套合部位是金大规模沉淀聚集的最有利地段暨找矿勘查的重要选区。     

黔东地区松桃杨立掌锰矿床矿体空间分布特征与找矿方向探讨

通过对杨立掌锰矿床的杨立掌锰矿段、李家湾锰矿段矿床地质特征和钻孔地质资料综合分析,根据“大塘坡式”锰矿古天然气渗漏成矿系统与成矿理论,阐述了矿石矿物成分、结构构造在平面上的变化特征,总结矿体在平面上及沿成锰沉积小盆地短轴方向上的分布特征,并对含锰岩系厚度、矿石品位与矿体厚度三者关系进行了探讨.在此研究成果的基础上,总结杨立掌锰矿床矿体空间分布特征,指出该锰矿床北东东向深部及F1断裂北西盘的找矿方向.     

青海盐溶地层钻探卤水泥浆配方研制及应用

针对青海盐溶地层在钻进过程中,上部泥页岩吸水膨胀,钻孔缩径,下部钾盐矿物层溶蚀,导致盐侵、扩径以及砂砾碎屑岩层胶结差,松散易坍塌、掉块等施工难点,开展了卤水泥浆的适岩性研究。在实验室选用正交实验法和现场实际配制,优选了4组卤水泥浆配方,通过生产应用与使用普通低固相泥浆对比,平均机械钻速由1.015 m/h提高至1.195 m/h,孔径扩大率由7.83%降低至4.36%,划眼损失率由3.05%降低至1.41%,泥浆成本由731.3元/m3降低至503.8元/m3,取得了较好的效果。     

地层分布模型自匹配的剖面图动态生成算法

传统的剖面图算法对地层尖灭、透镜体、地层缺失处理能力差,算法精度难以满足生产要求.针对该问题,笔者提出一种地层分布模型自匹配的地质剖面图构建算法.首先,构建了工程钻孔数据结构;然后,根据地层分布规律定义地层分布模式,并推导出各个模式下地层剖面线生长策略和规则,通过地层分布模型规则和匹配算法判断地层点的剖面线从属关系;最后,将剖面线点集连接成线,并进行标注与地图整饰.笔者算法克服了传统钻孔相邻连接造成的连续性差、一致性欠缺的缺点,能够对地质剖面的歼灭、透镜体、地层缺失现象有准确地处理.实验表明,采用本文算法所构建的地质剖面图能准确、高效地反映研究区域的地层分布,广泛适用于工程生产.