干湿循环作用下边坡动力稳定性的试验研究和数值模拟

利用试验和数值模拟工具,对干湿循环和地震荷载作用下的边坡力学特性和动力响应规律进行研究,建立有限元边坡模型并进行稳定性分析。结果表明：随着干湿循环次数的增加,土体有效粘聚力逐渐降低趋势,干湿循环过程使得土颗粒的胶结作用被降低。干湿循环作用下,会改变土体的动力特性参数,如最终动剪切应变、初始动剪切模量和阻尼比。在动荷载作用下,使得边坡地下水位线升高,导致孔隙水压力重分布,水压力增高。在干湿循环和动力荷载共同作用下,边坡稳定性系数发生改变。边坡稳定性系数与干湿循环次数呈负相关,最大安全系数降低20%左右。     

岩石中的压力影形成的实验观测研究

野外地质观察发现,在大陆地壳变质岩中可以广泛观察到围绕一个大的单晶或者硬质点的两端区域填充低粘度相物质形成的压力影。为了定量研究岩石材料中压力影的形成条件,本文利用高精度Paterson气体介质变形装置,对含有刚性球的圣卡罗橄榄石和洋中脊玄武岩(MORB)的混合物圆柱型样品进行了高温高压扭转变形试验。变形实验前样品的初始熔融均匀分布,比例为φ≈0.05,变形试件尺寸为D8.9mm×L5.5mm,内含8粒直径约1mm的刚性球。扭转变形试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为γ≈1×10~(-4)s~(-1),最大剪切变形为γ≈4。实验结果表明,岩石受到扭转力的作用产生变形之后,当局部剪切应变达到γ≈1时,可以在刚性球周围形成熔融富集带和熔融贫乏带,即压力影构造,围绕刚性球对称分布。由于熔融分布的不均一性,富集带熔融比例上升,最高可以达到φ_(high)=0.1~0.3,熔融贫乏带熔融比例下降,含量为φ_(low)=0.01~0.02。由于刚性球对其周围的压力分布的扰动区域大约为刚性球的尺度范围,因此,在离开刚性球一定距离后,熔融趋于均匀分布。     

深基坑桩锚支护体系主动区土压力试验研究

通过现场试验,研究了深基坑桩锚支护体系主动区土压力的分布规律。结合有限元和离心模型试验,提出了中等硬度粘土的深基坑桩锚支护体系主动区土压力设计计算模式。     

超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验

振动有助于碎岩,以往关于振动碎岩机理的研究大多在低频率段展开。为填补超高频率段下振动碎岩机理的空白,采用单轴动静组合加载模式,开展了超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验研究,其中超声波振动频率为20kHz,预压范围为100～500N。研究结果表明:当预压小于200N时,岩石内部应力状态无法满足强度准则,岩石强度下降不明显;当预压大于等于200N时,岩石强度随振动时间的增加而逐渐降低且存在最优预压力值(400N)使得岩石强度最低。缩短振动频率与岩石固有频率的差值有利于提高超声波振动碎岩效率。     

水力压裂脉冲频率对煤岩预制孔密封效果影响

脉冲水力压裂技术是改造低渗储层的一种重要手段,通过水楔效应和脉冲疲劳损伤双重作用沟通裂隙网络,提高低渗储层导流能力。在脉冲水力压裂室内试验中,试样中预制孔的密封问题是决定水力压裂试验成败的关键,而起裂压力又是评价脉冲封孔段密封效果的重要指标。通过煤岩脉冲水力压裂室内试验,建立了封孔段薄弱结合面与煤岩基体力学性质的关联,研究不同频率对煤岩起裂压力的影响,最终拟合相关数据得到：基于煤岩脉冲作用下起裂压力的预制孔封孔压力经验公式。研究结果为脉冲水力压裂室内试验的试样预制孔密封提供依据。     

小孔点滴灌浆法在钢衬接触灌浆中应用

预留灌浆孔对钢衬与回填砼之间的空隙进行灌浆的方法在水利枢纽工程发电引水隧洞中应用普遍.但施工中,往往先支护钢衬,才进行钢衬与围岩间的砼回填工作,造成钢衬上预留灌浆孔附近的缝隙常易堵塞.因此,单凭预留孔进行接触灌浆,浆液不易扩散到有效半径,而形成许多孤立的,脱空面积较大的脱空区,在水头压力作用易造成钢衬变形.在宜良柴石滩水库发电引水隧洞钢衬段接触灌浆中尝试在脱空区钻小孔”点滴灌浆”补强处理,效果较好.     

河元背地区绳索取心钻进泵压计算模型的建立与应用

泵压是反映金刚石绳索取心钻进时井内作业是否正常的重要参数。为了进一步研究泵压波动变化与实际钻进作业之间的关系,指导钻进工作的快速、安全开展,结合江西相山河元背地区CUSD2井实际泵压波动数据及相关钻进资料,建立了适用于本井的循环系统压力损失计算模型。对比分析模型计算的理论泵压与实际泵压的波动变化趋势,将模型应用于实际钻进,在此基础上预测后续地层的泵压波动区域范围,发现7 MPa的泵压安全值不再适用于后续地层钻进,调整设置泵压安全值为10 MPa,并利用邻井泵压波动数据进一步验证其可靠性。适当调整修正理论模型,使其可应用于河元背以及相山地区绳索取心钻进中,指导该地区钻探工作。     

隧道支护结构荷载作用的随机反演

提出荷载－结构模式进行随机反分析方法，从隧道支护结构变形反算对应的荷载作用，可反推围岩抗力系数和覆土荷载的分布情况，以及作用于支护结构上各部位的外荷载。提出了以实测位移为基础的样条函数插值．以插值位移补充大量的实测值，满足了反分析所需众多的已知位移数。通过一施工实例对该方法的可行性进行了检验。     

地质封存CO2水岩作用对页岩有机碳的萃取效应研究

CO₂ 水岩相互作用实验研究对于CO₂地质封存以及页岩气开发都具有重要意义。近年来多数研究主要侧重于岩石中矿物成分的反应过程,对于岩石中有机质成分的研究比较有限。本文选取盖层页岩,重点研究CO₂对于页岩中有机碳的萃取效应作用。实验使用高压反应釜在95 ℃和15 MPa条件下进行CO₂ 水页岩反应,同时考查不同的水岩接触方式对反应的影响,实验中分别测试了反应后水体中的溶解性有机碳(DOC)和反应前后岩石表面形态变化(SEM表征)。DOC的测试结果表明,相对于空白对照组高压N₂作用,超临界CO₂体系对于岩石有机碳具有明显的萃取效果,其中在不含水和仅含少量水的体系中,CO₂体系对DOC的萃取量能达到N₂体系的3倍以上,显示超临界CO₂极强的萃取能力。对比不同含水量的实验体系,发现含有少量水的情况下,CO₂对于有机碳的萃取量达到最大,比不含水的体系高出了87%,而这种能力的提高是由于少量极性分子H₂O的加入,能够增强超临界CO₂流体的溶剂化性能导致的。SEM结果也说明了不同的水岩气接触方式对岩石表面形貌具有不同的改造效果。本文实验结果有助于更好认识CO₂地质封存水岩作用及其潜在环境风险。