砂土层中盾构掘进实测数据及数值模拟分析

相对于其他土层,盾构在富水砂层中掘进的风险更大,但目前盾构掘进引起砂层变形的机制并不清楚。依托广州某电力隧道项目,选取一典型富水砂性地层断面对盾构隧道施工引起的地层变形进行高频率、近距离的监测,得到以下几点认识可供类似的工程参考：（1）富水环境下,相对于均质砂层,隧道处于粉砂+粗砂地层组合更容易发生渗透破坏。此情况下,粉砂层在承受更大渗透力同时,又受粗砂层强烈补给供水,非常容易被侵蚀甚至掏空。（2）地层均匀损失与局部集中损失引起地层扰动规律有较大的不同。地层均匀损失时由于拱效应没集中局部损失的强,其扰动范围、地表沉降及水平位移均更大。水平位移最大值的位置与地层损失的非均匀化也密切相关。地层均匀损失时,隧道两边最大水平位移发生在隧道高程范围内;但地层非均匀损失（隧道顶部局部塌落）时,发生最大的水平位移的位置会明显上移。（3）渗透力的作用使得地层扰动范围扩大。（4）地层损失率受注浆影响严重,隧道附近大,地表最小,隧道上方土体呈松散化趋势。     

基于原位双环、试坑浸水试验和数值模拟反演的Q3黄土饱和渗透系数对比研究

为准确获取原状Q3黄土的竖向和水平饱和渗透系数,进行了原位、室内试验测试以及数值模拟反演,并应用大型试坑浸水试验检验了所获饱和渗透系数的可靠性。进行了不同内径尺寸的原位双环入渗试验,获取了竖向饱和渗透系数,并应用室内试验测试了竖向和水平饱和渗透系数以及持水曲线;应用COMSOL软件对双环入渗试验进行数值模拟,检验了所测饱和渗透系数的可靠性,利用正交试验获得了最优的竖向和水平饱和渗透系数取值,并利用反演结果对试坑进行数值模拟,将其水分入渗情况与实测值对比。研究结果表明：在现场进行双环入渗试验时选取较大内径的双环获得的竖向饱和渗透系数更为合理。针对双环入渗试验,数值模拟反演所得最优饱和渗透系数在竖向上接近于原位试验所得竖向饱和渗透系数、水平向上接近室内所测水平向饱和渗透系数,竖向饱和渗透系数比水平向饱和渗透系数更加显著地影响水分入渗过程。通过对大型试坑水分入渗情况的验证,检验了反演所得最优饱和渗透系数的可靠性。     

基于单三轴试验与直剪试验的层状软岩模拟

为探究模型试验中层状软岩模拟方法,依托九绵高速层状软岩隧道现场取样的室内试验结果,多次试验确定重晶石粉、石英砂、石膏粉、滑石粉和水的最优配比以模拟软岩基体,采用带孔薄膜模拟层理弱面的黏结作用,并通过直剪试验确定孔隙率,最后对不同层理角度与层理厚度的试样开展直剪与单、三轴试验以反映各向异性情况。结果表明：软岩基体模拟最优配比为0.55:0.15:0.07:0.06:0.17,重晶石粉对强度及破坏变形起决定作用,含量过低易压溃,含量过高产生上下贯通裂缝;采用30%孔洞率的薄膜模拟层理效果最佳;土样强度随层角呈U形变化,层厚减小（不小于2 cm）,强度减小。直剪试验中,45º层理剪切面朝层理方向倾斜,90º层理导致剪切面上下产生裂缝与碎裂,单三轴结果中,0º层理会产生小角度倾斜裂缝,45º层理产生垂直层理面的斜裂缝及二次破裂,90º层理产生顺层理的竖向劈裂;与现场结果对照后确定最优层厚为 3 cm,对层角与层厚的直剪与单三轴试验结果整体一致,揭示土样孔隙压密闭合−弹性−塑性胀裂破坏−徐变的过程。     

灌注桩动力特性试验与数值模拟研究

结合某风洞建设项目现场桩基动力特性试验,采用三维有限差分模拟软件FLAC^3D建立双桩模型基础进行计算机仿真,分析结果与试验数据吻合良好,验证了基于桩−土−结构共同作用开展数值模拟求解设备荷载作用下桩基础动力响应方法的合理性。进一步建立灌注桩后注浆模型,探讨采取不同桩侧阻力和桩端阻力增强系数对桩基动力特性的影响。结果表明：灌注桩后注浆对竖向振动的共振频率没有影响,对水平回转振动的共振频率、最大振幅、地基抗剪刚度系数和地基水平转向第1振型阻尼比的影响均很小;灌注桩后注浆能起到提高桩基抗压刚度、减少桩基最大振幅的效果,但相对于未注浆其效果有限。     

济南四大泉群水化学特征及其成因分析

为明晰济南四大泉群水化学动态变化特征及成因,利用离子比例系数、PHREEQC模拟以及氢氧同位素反演等方法分析各泉群水化学成分特征及其形成过程。研究表明：（1）四大泉群阳离子Ca2+为优势离子,阴离子HCO3-为优势离子;（2）潭西泉和珍珠泉水化学类型稳定,而趵突泉和黑虎泉由HCO3—Ca型变为HCO3·SO4—Ca型;（3）四大泉群受地表水、寒武系凤山组-奥陶系岩溶水以及寒武系张夏组岩溶水混合补给,其中趵突泉、黑虎泉接受寒武系凤山组-奥陶系岩溶水补给占比略大,而潭西泉、珍珠泉接受寒武系张夏组岩溶水补给占比略大;黑虎泉滞留时间最短,循环交替强烈;（4）水岩相互作用强弱程度导致泉群水化学成分差异,溶解沉淀作用强度整体大于阳离子交换作用。趵突泉阳离子交换作用强度最弱,黑虎泉伴随有去白云化作用,潭西泉和珍珠泉水化学作用及强度类似,进一步印证潭西泉和珍珠泉有相同的补给来源及运移机制。该研究成果对水资源合理利用和岩溶大泉的保护具有重要意义。     

Study on the snowdrift disaster influenced by w-beam barrier used in expressway北大核心CSCD

Snowdrift is one of the most typical snow disaster forms of road traffic in Xinjiang area. Its impact on road traffic is mainly reflected in reducing driving visibility and causing traffic interruption induced by a large amount of snow on the road surface. The snowdrift disaster along the road in Xinjiang area shows the characteristics as many points,long lines and wide spread occurring with uneven distribution in time and space. Snowdrift question involves wind field,snow distribution field,temperature field and humidity field coupling,which is a very complex scientific problem. At the same time,the prevention and control of snowdrift disasters is also a practical problem that needs to be solved urgently in the construction and operation of road traffic infrastructure in cold areas. For expressways in areas of frequent snowdrift occurring,its snowdrift disaster caused by the w-beam barrier is becoming more and more obviously. But there is still a lack of in-depth research on the w-beam barrier,which is one kind of auxiliary facilities of the highway deepening the snowdrift disaster. In view of the status mentioned above and in order to explore the causes and prevention methods to snowdrift disaster by w-beam barrier,on the background of Beijing-Urumqi Expressway（G7）engineering,the field model tests of the w-beam barrier,the cable barrier and the no barrier embankment were designed. The study also combined with numerical simulation and highway field investigation and other methods in order to verify each other. In the meantime,the influence of the w-beam barrier and cable barrier on the road snowdrift disaster of the highway is studied,and the distribution law of wind field and snow field on the embankment surface with w-beam barrier and cable barrier is obtained. The results show that the snowdrift velocity increases from the foot of the embankment on the upwind side till to the w-beam barrier installed at the shoulder of or the central divider of the road. Then it moves to the road surface through the gap in the lower part of the w-beam barrier. At this time the w-beam barrier disturbs the wind field near the ground,causing a weak wind area to appear behind the beam,resulting in a large number of snow particles deposited. Especially when the lower gap of the w-beam barrier is filled with snow,the road area behind the w-beam barrier covers the driving lane with snow,which seriously affects the road capacity. While the section without setting up a barrier or setting a cable barrier is conducive to the passage of snowdrift flow. Considering the uncertainty of future climate change,in order to better prevent the impact of snowdrift on traffic operation safety,it is proposed to replace the w-beam barrier in some areas with serious wind and snow disasters with cable barrier that meet the safety requirements of expressways. Moreover,other snowdrift protection measures such as snow fences,snow barriers and snow walls can also be adopted. The research results can provide useful reference for snow removal of the expressway and new expressway construction in the windy and snow areas of Xinjiang. © 2022 Science Press (China).     

煤矿老窑采空区地—井TEM响应特征

瞬变电磁法在我国广泛应用于煤田水文地质勘探和采空区调查,但由于方法本身的特点,地面装置纵向分辨率低,无法实现采空区精细探测。在山西某煤矿采空区探查项目中,通过岩心、测井曲线,结合以往电法勘探经验,建立了简单的煤系地层采空区模型,数值模拟了均匀半空间采空区含水、不含水时的地面瞬变电磁响应和三维水平薄板的地—井瞬变电磁响应,并结合实际案例探讨了采空区的地面、地—井瞬变电磁特征,证实了地—井瞬变电磁法具有较高的纵向分辨率,为采空区精细探查提供了思路。     

泥质杂基含量对柴达木盆地昆2井孔隙演化模式影响的压实模拟实验研究

随着勘探程度的提高,油气勘探必然向深层延伸。弄清深部储层的孔隙演化规律,提高预测精度,是深入勘探的重要基础。通过对柴达木盆地昆2井岩屑和岩芯样品的系统采集,运用铸体薄片、扫描电镜和测井解释等手段,系统分析了古近系与新近系地层的岩石学、矿物学和储层物性特征,发现泥质杂基含量与砂岩的孔隙演化密切相关。为了正演孔隙的演化过程,运用分选很好的风成石英砂和粒度细小的红色粘土为材料,按照粘土杂基含量为5%、10%、15%、20%,制作了四类石英砂开展模拟实验。松散沉积物的压实模拟,从1.4MPa试验加压到210.4MPa,分别进行了21个循环实验。将实验模拟的结果,与昆2井的岩芯资料进行了对比分析。研究表明,碎屑岩泥质杂基含量越高,初始孔隙度越小,孔隙度衰减越快;泥质含量较低的净砂岩,当上覆压力达到76.5MPa时,颗粒大量破碎并重新排列,导致粒间体积减缩以及少量直线型粒内裂缝出现,储层物性明显变差。压实模拟的实验数据,能够为快速沉降区砂岩的储层质量预测提供依据。     

影响海相烃源岩热解生烃过程的地质条件

热解生烃实验是研究油气生成机理与定量评价烃源岩生烃潜力的重要方法.烃源岩热解生烃模拟结果不仅与温度、压力和时间等因素有关,而且与地层孔隙水及压实成岩作用等地质因素密切相关.采用高压流体和高压釜(低压水蒸气)两种生烃热模拟方法对低成熟海相二叠统大隆组(P₂d)黑色泥岩进行了热解生烃实验模拟.对比分析两组实验结果表明地层孔隙热解实验有利于液态油的生成,不利于液态油向气态烃的转化,并极大地提高了干酪根的生油气潜力,显示了高压液态水、流体压力和孔隙空间等地质因素对烃源岩中有机质热成熟生烃反应的重要影响.这种影响可能与高压液态水的近临界特性有关,近临界特性地层水的参与改变了干酪根热力生烃反应的物理化学行为.推断在实际地质温压(100~200 ℃,30~120 MPa)条件下,烃源岩孔隙中的地层水是一种相对低温高压液态水,具有水的近临界物理化学特性,因此高压流体生烃热模拟实验与实际地层情况更为接近,能更有效地评价烃源岩生烃潜力.      

钻柱振动特性的仿真分析

钻进过程中,钻柱振动是不可避免的,而且钻柱产生振动的原因是多方面的。随着研究的深入,人们不仅认识到钻柱振动对钻井作业产生的负面影响,还认识到利用振动可以得到许多井下信息。运用一根钻杆模型,分析了其在不同工作状况下的振动特性,得到了钻杆在横向、纵向、扭转振动的多阶振型,以及对应的应力应变图。对照振型和应力应变图,联系钻井实践中各种钻柱失效形式,以期从中找出一些振动与钻柱失效的关联,更好地利用振动去解决生产问题。