地震作用下非饱和土主动土压力极限分析半解析法

地震是诱发边坡失稳的主要因素之一,重力式挡土墙作为一种广泛采用的岩土支挡结构,有必要对其地震稳定性问题进行深入的研究.为有效评估地震作用下非饱和填土的主动土压力,基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,并构建功能平衡方程,得到非饱和填土主动土压力显示半解析解.通过与解析解对比,验证该方法的合理性,并通过算例分析,揭示吸力效应的强化机制和非饱和填土主动土压力的地震响应规律.结果表明:忽略吸力效应会高估填土的主动土压力,吸力的强化作用不仅取决于填土类型,还与地震动特性密切相关;水平和竖向地震动对土压力有较大影响, 土压力系数峰值随土剪切模量的增加略有增加并向负方向移动,随地震周期的增加略有增加并向正方向移动;填土倾角较大时,坡顶附加荷载的影响更加显著;对于倾角大于100°的填土,墙G土界面摩擦角较大时,土压力相对较高.     

一种快速建立上覆岩层压力体的方法

上覆岩层压力是地层沉积压实作用的源动力,也是地层孔隙压力计算的重要基础数据。本文通过Eaton公式推导出密度变化与上覆岩层压力和孔隙压力的计算模型,验证了不同厚度下低密度泥岩对上覆岩层压力以及孔隙压力的影响关系,证实密度差异为0.3 g/cm 3、厚度从100~500 m的低密泥岩对孔隙压力的影响最大仅为0.02 psi,从3~250 Hz的频率扫描密度曲线计算得到的上覆岩层压力几乎无差别,证实上覆岩层压力仅代表沉积地层的低频成分,因此根据正常压实地层有效应力和上覆岩层压力的关系确定了基于井控地震层速度场转换上覆岩层压力体的快速方法。以渤海西部某构造为例,新方法求取的上覆岩层压力体被多口钻井一一验证,满足了快速勘探评价的需求。     

压力对淤泥中C-N-S-Fe-H2O体系的影响

C、N、S、Fe是地下水中控制氧化-还原反应的主要元素,淤泥是黏土的演化初期,淤泥演化为黏土过程中会影响含水层水量水质,可能会造成地下水污染;其中的水岩相互作用可以概化为C-N-S-Fe-H₂O体系的相互作用。淤泥演化过程的实质是淤泥在压力的作用下孔隙度不断变小,逐渐固结成岩;淤泥内部不断发生生物地球化学反应,C-N-S-Fe-H₂O体系驱动各种物质的形态结构不断发生改变,其中加压速率和加压模式会影响淤泥里的C、N、S、Fe重要组分固液相的转化。本研究运用自主研发设计的增压装置,探究在3种加压速率(0.04 MPa/12 h、0.04 MPa/24 h、0.04 MPa/36 h)和加压模式(0.040.02 MPa/12 h、0.04 MPa/12 h、0.040.06 MPa/12 h)的情况下,固体介质中C、N、S、Fe向孔隙水释放的规律。结果表明:(1)匀速加压速率越慢,加压初期溶解性有机碳(DOC)、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}释放速率越快, {\mathrm{NO}}_3^{-}和Fe²⁺浓度变化增大;DOC、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}、 {\mathrm{NO}}_3^{-}、Fe²⁺释放总量越多。(2)不同的加压模式,加速加压(0.040.06 MPa/12 h)下 {\mathrm{NO}}_3^{-}、Fe²⁺的浓度波动较大;DOC、 {\mathrm{NO}}_3^{-}、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}和Fe²⁺的总释放量为加速加压(0.040.06 MPa/12 h)大于匀速加压(0.04 MPa/12 h)。(3)加压过程中,DOC和 {\mathrm{SO}}_4^{2-}呈显著正相关,改变加压速率会改变DOC, {\mathrm{NO}}_3^{-}、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}和Fe²⁺的相关性。本研究表明改变加压速率和加压模式会对DOC、 {\mathrm{NO}}_3^{-}、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}和Fe²⁺的释放速率、释放总量和C、N、S、Fe的转化造成影响,其本质为氧化-还原反应和水岩相互作用的强弱发生了变化;本研究为地质演化过程中压力导致的主要元素变化提供了新的认识,认识到了隔水层会影响含水层的水质和水量,为原生劣质地下水的成因和地下水污染防治提供了新思路。     

黏性土中静压桩沉桩过程现场试验及桩土界面桩侧土压力分析

为了揭示黏性土中静压桩贯入过程中桩土界面桩侧土压力的受力特性,依托山东东营某桩工程开展了现场足尺试验,得到了静压桩沉桩过程中桩土界面桩侧土压力随贯入深度的变化规律,分析了贯入过程中不同土层桩侧土压力的分布特性,明确了桩侧土压力在沉桩过程中存在明显的退化效应,探讨了桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值关系。结果表明：桩土界面桩侧土压力与土层性质密切相关;随着传感器贯入深度的逐渐增加,桩侧土压力逐渐增大,并且增大幅度随土层的不同而不同;在同一贯入深度处,桩土界面桩侧土压力存在明显的退化现象,粉土中的退化幅度明显小于粉质黏土中的退化幅度;同一土层中桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值为常数,并且粉土中的比值明显大于粉质黏土中的比值。     

用快剪试验推求先期固结压力

土体先期固结压力是判断土体应力历史的关键性指标。依据Wroth在一维固结条件下提出的不排水强度与超固结比（OCR）的关系式,利用快速直剪的剪切强度计算临界状态孔隙水压力系数Λ₀,从而计算出OCR以及先期固结压力。对南京某黏土的重塑饱和黏土的试验分析结果表明,快剪试验确定的超固结比与设计超固结比基本一致,因此可作为求解土体先期固结压力的一个途径。      

瓦斯解吸吸热对气体压力测定的影响与煤样罐优化

针对在山西晋城赵庄煤矿井下测定瓦斯解吸压力先升高后降低的异常情况,通过对仪器设备和现场环境存在的原因进行排查分析,确定是由于瓦斯解吸过程中吸热导致的罐内气体温度降低,从而出现解吸压力的测定结果异常。为了解决该问题,利用良好导热材料设计加工成煤样罐,使罐内外达到热平衡,分别研究煤样罐置于空气和水介质中的解吸压力,实验发现煤样罐放置空气中出现了先升高后降低的现象,而在水中解吸压力快速回升。依据实验室瓦斯恒温解吸装置的水浴原理,设计加工形成了双壁内充填水的煤样罐,定量研究分析了煤样甲烷气体解吸热、比热容及需水量,通过实验室测定分析赵庄煤矿煤样的瓦斯解吸规律,验证了该煤样罐能够满足工业应用要求。      

黄河三角洲饱和粉质土液化性能试验研究

在黏粒含量和干密度恒定的情况下,进行了一系列重塑黄河三角洲饱和粉质土不排水动三轴试验,试样直径为50 mm、高为100 mm,重点研究了有效围压、动荷载和粉粒含量等因素对饱和粉质土液化特性的影响。试验结果表明:（1）在粉粒含量不小于50%的情况下,粉粒含量的增加降低了黄河三角洲饱和粉质土的液化势;（2）重塑黄河三角洲饱和粉质土的动强度随有效围压的增大而增大,与初次液化振动次数的对数近似呈线性关系;（3）与砂土相比,粉质土的动孔压很难达到有效围压,并且随有效围压的增大,相同条件下动孔压达到有效围压的比率降低;随粉粒含量的增加,其对动孔压的影响有减小的趋势;粉粒含量的增大减缓了动孔压的增长;（4）根据本次试验结果,给出了重塑黄河三角洲饱和粉质土的动孔压计算模型及相关参数取值。     

霍尔果斯背斜深井井身结构优化设计

霍尔果斯背斜受山前构造的影响,存在地质情况复杂、倾角大、多套压力体系并存以及泥岩含量高等问题,在钻进过程中复杂事故频发,严重制约了该地区油气勘探开发的进程。通过对完钻井的测井资料、地破实验数据、钻井复杂等资料的分析,确定必封点位置,形成适合霍尔果斯背斜深探井的四开井身结构,并针对安集海河组复杂事故率高的情况,采用高密度油基钻井液抑制泥岩水化,从而实现安全钻进。优化后的井身结构在霍尔果斯背斜深探井H11井进行了应用,首次实现了在安集海河组、紫泥泉子组两套压力系统下进行套打,历时5.5 d钻穿“死亡之海”安集海河组,未出现井漏现象,取得了良好的应用效果。优化后的井身结构在H11井的成功应用,不仅为该地区深探井的井身结构设计提供依据,也为该地区后续常规井的四开转三开井身结构提供了指导。