深部巷道软弱围岩破裂碎胀过程及锚喷-注浆加固FDEM数值模拟

针对深部巷道软弱围岩的破裂碎胀大变形预测及围岩控制存在的难题,采用了有限元与离散元耦合程序(FDEM)数值模拟方法对上述问题进行了研究。首先阐述了FDEM的基本原理;然后采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩模拟试验与室内试验对比,进行了输入参数的标定;最后对深部高地应力条件下的巷道开挖后软弱围岩破裂碎胀大变形进行了模拟,并基于实体建模的方法采用了锚喷(锚杆+喷浆)-注浆对巷道围岩加固进行了模拟。研究结果表明:巷道的大变形主要是由于围岩的破裂、碎胀造成的,浅部以拉伸破坏为主,向深部过渡到剪切破坏;剪切破坏角与单轴压缩试验结果一致,为58°;裸巷的裂纹最大扩展范围为10.6 m、表面最大位移收敛量20.7 cm。采用锚喷和锚喷-注浆加固后能有效地控制围岩的变形,抑制了裂纹的扩展范围(减小到5.8 m、5.1 m),且围岩表面收敛量大幅减小(5.1 cm、4.2 cm)。     

中国前陆冲断带油气勘探、理论与技术主要进展和展望

我国中西部地区发育有16个前陆冲断带,油气资源总体较为丰富。前陆冲断带在天然气加快发展中地位与作用重要,是近期勘探突破发现、增储上产的重要领域和补充。2011年以来前陆冲断带勘探获得塔里木盆地库车深层天然气及柴达木盆地西南缘石油两项重大突破、准噶尔盆地西北缘石油及四川盆地西北缘天然气两项重大进展、准噶尔盆地南缘及塔里木盆地西南缘和鄂尔多斯西缘油气3个重要苗头,进一步夯实了西气东输资源基础,推动了前陆盆地大油气区勘探进程。前陆冲断带地质研究在盆地原型恢复和晚期构造改造、深层结构刻画与构造解剖、储层演化与油气充注机制、断-盖控藏模式与油气有效聚集3-R评价方法、区域成藏特征与油气分布规律5个方面形成创新认识,发展了中西部前陆冲断带油气聚集理论。前陆冲断带勘探配套技术研发在复杂构造建模技术、复杂构造深度域地震成像技术、复杂油气藏综合评价技术、前陆深层钻完井和储层压裂改造技术4方面取得进展,推动了前陆核心技术形成和油气勘探发现。前陆冲断带近期勘探显示出较大增储潜力与挑战共存的局面。展望了前陆基础地质、油气勘探、勘探技术研究3方面特点与发展趋势,分析了近期勘探的3点启示与增储潜力,针对未来前陆冲断带在勘探生产、地质研究、配套技术上面临的挑战,提出了相应的4方面勘探研究对策与建议。     

北大别造山后伸展期中-下地壳流动形式数值模拟研究

造山后伸展过程中,深部地壳的变形形式反映深部岩石圈的构造活动方式,是造山后伸展深部动力学研究的主要内容。本次工作以大别造山带造山后伸展变形构造为研究对象,在详细的构造观察和组构分析基础上,以实际变形组构为约束开展数值模拟,系统地研究伸展变形构造在垂向剖面上岩石变形机制的空间分布,进而揭示大别造山带造山后伸展过程中深部地壳的变形形式。野外观察表明,北大别穹隆边缘区域拉伸线理优选方位显著,而到穹隆中部拉伸线理定向性减弱,再到穹隆核部线理定向性有所增强。运动学上,北大别穹隆内呈现了一致的上盘向NW的剪切指向。以此为约束的数值模拟研究表明,大别造山带造山后伸展期中-下地壳流动方式总体上是介于透入性简单剪切形式与纯剪切形式之间的组合形式;垂直剖面上呈现为由上、下边界向中心简单剪切分量显著降低,中-下地壳流变带中部以纯剪切变形为主。我们用造山带加厚地壳的韧性垮塌和深俯冲的太平洋板块"后撤"来解释其动力学来源。     

石英显微变形机制及流变学特征研究进展

石英是组成地壳的主要矿物之一,其物理性质与地壳的变形行为及流变学属性密切相关,因此石英的显微变形机制及流变学特征研究意义重大。随着石英显微变形机制及流变学属性实验学研究的深入,我们对石英在地壳变形过程中重要作用的认识也随之提升。本文从石英结构入手,对升温过程中石英主滑移系的转换进行了总结,并且升温过程中显微变形机制也发生了改变,对流变学内涵也不同,所以分述了石英的主要变形机制,及其流变学参数;由于应变局部化为地壳变形的研究热点,并且石英对应变局部化具有一定的指示意义,所以本文对石英在应变局部化过程中的表现进行了深入讨论。考虑到地壳变形的研究过程中,石英不常作为单矿物发生变形,所以本文对多相矿物的变形表现也进行了讨论。最后我们将简单介绍一些现今主流的石英显微变形机制的研究手段。     

胶东黄铁矿显微构造变形与金富集关系：黄铁矿EBSD组构和地球化学约束

载金黄铁矿显微构造变形与金富集关系可以从显微-超显微尺度揭示金成矿作用和地质过程,探讨金的再活化或再聚集作用。在胶东焦家金矿带成矿期识别出4种类型的黄铁矿,文章应用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和电子探针(EMPA)等技术方法,探讨黄铁矿显微构造特征、超微观结构与金的富集关系。结果显示:载金黄铁矿均不发育环带,其中w(Fe)为45.70%～46.85%,w(S)为52.57%～53.37%;显微构造变形既有脆性变形又有塑性变形;黄铁矿晶体优选方位(CPO)主要表现为平行于晶轴极密和复杂极密;黄铁矿晶格间距为0.58 nm,主要发育刃位错。焦家金矿带在金成矿作用过程中,可见金集合体经历了从复杂的纳米尺度到宏观尺度矿物载体富集的过程,包括成矿流体中金络合物、金-铋-硫族化合物富集等化学结构变化过程和纳米金、载金黄铁矿纳米颗粒、岩矿石显微-超显微构造微环境变化过程。因此,不同类型载金黄铁矿CPO受到化学结构变化和显微-超显微变形微环境变化的联合制约,间接反映出载金黄铁矿中金的富集与黄铁矿内部变形、表面形貌和结构缺陷有密切关系。     

贵州惠水鑫朋滑坡变形破坏机制

以贵州省惠水县宁旺乡鑫朋滑坡为例,依据野外调查成果,分析了滑坡结构及变形特征,结合滑坡所处的地质环境条件讨论了其稳定性影响因素,借助Geostudio分析了坡体后缘崩塌堆积体加载及降雨对滑坡的作用机制。分析结果表明:持续降雨和坡体后缘加载共同作用使第四系地层与基岩接触面产生压应力集中,坡脚处孔隙水压力持续增大,第四系地层因受到雨水浸润稳定性降低,在堆积体牵引下发生浅层蠕滑变形,因此认为鑫朋滑坡变形失稳机制为整体蠕滑-拉裂。     

隧道-洞口滑坡体系受力特征及变形模式

随着我国高速铁路在西部地区的大规模建设,隧道在线路中所占的比例越来越高,洞口隧道在滑坡作用下产生的病害越来越严重。然而,我国目前在隧道-洞口滑坡体系设计中没有可供参考的受力变形模式,因此本文以隧道-洞口滑坡为研究对象,通过对云南功东高速公路中隧道-滑坡工程实例的总结及工程地质模型的建立,对滑坡推力作用下的隧道变形模式进行研究,得到如下结论:(1)将隧道-洞口滑坡分为与滑面相交和下穿滑体两种模式,与滑面相交的隧道直接受到剩余滑坡推力的作用,而下穿滑体的隧道主要承受附加荷载的影响;(2)位于滑体内隧道承受围岩压力、滑坡推力和岩土抗力的作用,可将洞口有刚性支撑的隧道-滑坡结构简化为简支梁,无刚性支撑作用下的隧道-滑坡结构简化为悬臂梁;(3)下穿滑体隧道在附加荷载的影响下,拱部承受多余的压力而受到偏压作用,拱顶形成受拉区域,出现拉张裂缝。     

考虑土体参数空间变异性的边坡大变形破坏模式研究

边坡失稳是涉及土体大变形的动态演化过程,该过程往往决定了滑坡失事后果。传统的边坡稳定分析方法如极限平衡方法与有限元方法难以模拟边坡失稳演化过程,尤其是失稳后的土体变形破坏过程。边坡失稳受到多重不确定性因素影响,其中一个重要因素是土体参数的空间分布不均匀性。在考虑土体参数的空间不均匀分布情况下,本文采用一种随机极限平衡-物质点法研究边坡不同破坏模式的动态演化过程,同时利用极限平衡方法简单、高效的优点和物质点方法模拟土体大变形破坏的能力。以一个两层不排水土坡算例为例,识别了4种不同的边坡破坏模式（即浅层、中层、深层和渐进）,研究了它们的演化过程与土体参数的空间分布之间的关系。结果表明边坡的破坏模式演化过程与土体参数的空间分布密切相关,强调了岩土工程勘察信息对充分表征土体参数空间变异性的重要作用。     

准噶尔盆地南缘前陆冲断带深层地质结构及对油气藏的控制作用:以霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁褶皱冲断带为例

准噶尔盆地南缘前陆冲断带位于天山北麓,在晚新生代强烈的挤压作用下,地表发育数排背斜带。由于构造变形复杂、地震反射成像质量较差,对深层地质结构争议较大,另外前新生代盆地原型对晚新生代以来的褶皱冲断带构造格局的影响也尚未探讨。霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁(简称霍-玛-吐)褶皱冲断带位于准噶尔盆地南缘前陆冲断带地表第二排背斜带,利用最新采集和处理的地震反射资料,并结合地表地质露头建立深层构造模型;利用平衡地质剖面复原和构造物理模拟实验的方法探索早侏罗世盆地原型结构对现今褶皱冲断带构造格局的影响;在此基础上分析霍-玛-吐褶皱冲断带深层天然气富集规律。霍-玛-吐褶皱冲断带垂向上发育古近系—第四系逆冲推覆构造、中上侏罗统—白垩系构造楔和下侏罗统半地堑断陷结构。控制早侏罗世半地堑系统的高角度正断层在晚期挤压构造变形体系中充当逆断坡,并控制上覆构造楔和浅层逆冲推覆构造的发育。早侏罗世半地堑系统具有分段性,并通过侧向断坡进行连接,侧向断坡上覆地层发育南北向走滑调节断层。油气勘探现状表明,霍-玛-吐褶皱冲断带内部南北向走滑调节断层具有高效沟通下侏罗统烃源岩的特点,是控制天然气的富集的重要因素。以上研究表明,中西部陆内前陆冲断带前新生代古构造对于晚新生代挤压冲断构造格局和深层天然气富集规律具有重要意义。     

红砂岩风化土湿化特性的三轴试验研究

针对红砂岩风化土遇水易湿化、崩解,从而影响路基填筑体稳定性的问题,选取某高速公路红砂岩风化料,采用单线法,在两种密度条件下进行了三轴湿化变形试验,分析了密度、围压和应力水平对湿化轴向应变的影响规律,并对湿化后试样的后续剪切强度进行了研究。试验结果表明:随着围压的增大和应力水平的提高,红砂岩风化料的湿化轴向变形有明显提高;而随着密实度的增加,湿化轴向变形有所减小。同一围压下,湿化轴向应变随着应力水平的增长而增大,两者近似呈线性关系。湿化后试样的峰值强度随应力水平的增加略有降低,而且普遍低于饱和状态试样的峰值强度。