上海砂性软土地层水平定向钻进泥浆性能调控技术

上海地区水平定向钻进铺管（HDD）钻遇不易成孔的砂性软土的概率甚高,这种地层对泥浆性能有特殊要求。但目前普遍使用的复配型增效商品土粉基调相近,难以就大量工程个案恰如其分地发挥关键功效。为此,论述了该类工程环境下泥浆性能设计要点,分析了材料添配的作用机理,重点给出了泥浆密度、粘度、切力以及失水量等参数调控的宜于实用的若干配材技术,以提供相类似工程条件下泥浆运用的可参考方法。     

粗粒碎屑岩砾石定向性定量表征方法及应用

砾石定向性可用于辅助判断粗粒沉积物沉积环境的介质动力性质与强度。在岩芯图像分析与测量的基础上,运用砾石长轴视倾角玫瑰花图中任意相邻三个小扇形的半径之和的最大值（参数a）和小扇形半径大小偏离程度（参数σ）对玛湖地区百口泉组砂砾岩中砾石定向性进行等级划分和定量表征。通过该方法的应用,建立了该区不同级别砾石定向性的定量划分方案:有明显定向性（a大于35%且σ大于4）、有一定定向性（a大于35%且σ小于4）、有模糊定向性（a小于35%且σ大于4）、定向性杂乱（a小于35%且σ小于4）。并对研究区典型季节性辫状河道和暂时性辫状河道的定向性进行了实测,结果表明季节性辫状河道中σ为4.8~8.13,a为40%~62%,而暂时性辫状河道中σ小于4,a小于35%。该方法能够有效表征砾石定向性,并为沉积环境判断提供依据。     

扁铲探头贯入干砂的位移特征试验研究

扁铲侧胀试验（DMT）已在国内外岩土工程勘察、地基加固效果评价等领域中得到广泛应用。DMT的测试过程在扁铲探头贯入到测试位置后进行,因此探头的贯入过程对土体造成的扰动在一定程度上将直接影响测试结果。目前关于扁铲探头的贯入机理,以及贯入过程可能引起的土体扰动及其对测试结果的影响尚未研究清楚。通过室内模型试验手段,进行扁铲探头贯入不同初始密实状态下均质干砂的试验研究,分析了探头贯入过程中产生的土体位移场分布特征。试验结果表明:扁铲探头的楔形部和膜片所在的侧胀部贯入产生的挤压作用是引起土体变形扰动的主要原因;探头楔形部的贯入过程表现为向下和向斜侧面挤压土体,竖向位移量很小,产生向两侧扩展为主的扁状位移场,而探头侧胀部的贯入过程主要表现为向两侧面水平向挤压土体,产生半椭圆状水平位移场且分布范围明显更大,同时探头侧面表现为一定的剪切作用而产生较窄范围的竖向位移场。另外,扁铲探头贯入干砂产生的位移场受砂土初始密实状态的影响较小,主要表现为探头楔形部周围的位移场分布范围随密实度增大而扩大。     

六种成膜封堵剂的室内实验优选与评价

为更好地服务深部钻探工程,准确了解冲洗液封堵性能,对6种成膜封堵剂开展了砂床实验、API静失水量实验、流变性能实验及抗温实验等室内实验进行优选与评价。实验结果表明,2号和4号成膜封堵剂在6种成膜封堵剂中封堵性能最好,它们在基浆中的最优加量均为2%,100 ℃温度条件下加入这2种封堵剂的冲洗液具有较好的抗温性能;冲洗液中膨润土含量和处理剂是影响冲洗液封堵性能的2个重要因素：膨润土含量越高,冲洗液封堵性能越好,加入聚合物、降滤失剂等处理剂可以提高冲洗液的封堵性能。砂床实验是评价冲洗液封堵性能好坏的重要依据。     

粗砂砾石地层中高压旋喷桩隔水帷幕施工技术

太原万达广场A2区商住楼基坑工程部分区域为粗砂砾石地层,基坑隔水帷幕中深层搅拌桩无法有效使用。提出了在粗砂砾石地层采用高压旋喷桩隔水帷幕的施工技术方案,采用双套管锚杆钻机引孔、单管高压喷射工艺进行施工,成功实施了这一工程。经检查,喷射注浆体相互咬合良好,有效桩径内水泥含量均匀无夹块现象,隔水帷幕止水效果良好。     

预应力加筋垫层差异沉降控制性能试验研究

差异沉降是造成路面破坏、影响行车速度和引发交通事故的主要因素之一,加筋土技术作为经济性良好的治理措施被广泛应用。为研究预应力加筋土垫层在差异沉降下的变形规律和沉降控制性能,设计了加筋土垫层和预应力加筋土垫层差异沉降对比模型试验。通过对比试验揭示了预应力加筋土垫层对差异沉降控制的有益效果。试验发现:①预应力加筋垫层可以有效地降低差异沉降。②预应力加筋垫层有利于调节软硬路基交界面附近的“断崖式”差异沉降。③预应力加筋垫层对能量的耗散和传递能力更好。④附加应力从垫层传递到路基顶部时发生应力叠加,在该处呈现增大突变趋势。本文研究成果可为预应力加筋土结构在差异沉降频发路段的工程应用和控制性能研究提供借鉴和依据。     

钙质砂颗粒破碎对临界状态影响的试验研究

钙质砂的颗粒易碎性是造成其变形和强度特性不同于石英砂的重要性质。本文基于临界状态理论,通过一系列试验定量地描述钙质砂临界状态线随颗粒破碎的演化规律。本文试验分两个阶段进行:第1阶段研究了60~2000 kPa围压条件下钙质砂的力学特性和颗粒破碎特征;第2阶段以不同破碎率的试样为母本重塑制样,在100~300 kPa围压条件下,剪切至破碎临界状态线。试验结果表明:在较小围压(<300 kPa)条件下,松砂和密砂均表现出明显的剪胀和应变软化特性;而高围压(>1 MPa)条件下,显著的颗粒破碎会造成试样的持续剪缩;颗粒破碎存在明显围压阈值,对于松砂而言,在围压小于300 kPa条件下,颗粒基本不发生破碎;在e-lg p'平面内,破碎临界状态线的截距Δe_Γ和斜率λ_c均会随着修正相对破碎率B_r*的增大而减小,即颗粒破碎会使临界状态线发生下移和逆时针转动;而在q-p'平面内,钙质砂的临界状态点落在同一条直线上,即存在唯一的临界状态应力比M_cr和临界摩擦角φ_cr。     

砾石在分析盆地物源区迁移与湖岸线演化中的作用*

中国中西部盆地的盆山结合部位,勘探程度较低、钻井少、地震成像复杂,致使利用传统的地震相、测井相、岩心资料等研究原型盆地岩相古地理特征较为困难。基于露头中巨厚砾岩发育层段对应盆地内储集层平面展布范围最广这一认识,运用“将今论古”方法,建立南天山前现代冲积扇、扇三角洲平原、河流等沉积体系中砾石与搬运距离关系,以及不同沉积相类型中砾石发育产状与湖岸线远近关系,定量计算了准噶尔盆地多条重点剖面侏罗系—白垩系现今位置与沉积物源区和湖岸线演化的距离,恢复了侏罗纪—白垩纪物源区范围与湖岸线演化过程。认为侏罗纪—早白垩世砂砾岩储集体向盆地内延伸范围最大时期的湖岸线,明显与现今盆地边缘线有一向西北方向敞开的夹角,该认识对在编制岩相古地理图过程中以盆地边缘线即为湖岸线的观念提出了不同见解,为恢复准南等低勘探程度区原型盆地的岩相古地理特征、预测有利储集体的展布提供参数依据。建立的刻画物源区变化和湖岸线迁移的定量评价方法与参数,是对传统沉积学研究的有益补充。     

钙质砂一维压缩回弹过程中声发射特征试验研究

为了揭示钙质砂在一维压缩回弹作用下的压缩变形、颗粒破碎特性以及声发射规律,对钙质砂进行了3种相对密实度下不同粒组的一维压缩回弹实验和声发射实验。通过对不同粒组、不同相对密实度的钙质砂进行一维压缩实验和同步的声发射实时监测,获得其压缩、回弹和声发射特性,最后通过筛分获得实验后的颗粒粒径分布,得出相对破碎势B_r。实验结果表明:钙质砂的压缩变形由颗粒位置调整和破碎两部分组成,其中颗粒破碎是产生压缩变形的主要因素,回弹曲线近似一条直线,表明压缩变形为不可恢复的塑形变形;压力相同时颗粒粒径越大,相对破碎势B_r越大。颗粒形状不同致使颗粒间填充作用与嵌合作用不同,影响颗粒的滑移与重排列,进而影响颗粒的压缩变形。两种砂的声发射计数率随粒径增大而增大,且都集中出现在800~3200 kPa的压缩阶段,钙质砂的压缩变形及破碎特性与其声发射特征具有一致性,钙质砂声发射计数率与时间关系曲线和应力与时间关系曲线吻合较好,可通过声发射计数率与时间关系曲线来反映钙质砂的力学特性。钙质砂存在一个声发射事件最少的“临界孔隙比”,本次实验中1~2 mm钙质砂临界孔隙比为1.33~1.41,试样的初始孔隙比偏离该临界值时,声发射活动会有不同程度提高。     

考虑形貌特征和级配影响的钙质砂压缩破碎力学特性研究

针对岛礁大型构筑物修建过程中由于高应力而导致作为地基材料的钙质砂发生破碎,进而引发地基沉降变形问题。本文采用高压固结仪对钙质砂开展了一系列终止压力为16 MPa的侧限压缩试验,研究了高应力水平下钙质砂的压缩破碎特性。同时基于显微图像采集和处理技术对钙质砂颗粒的形状参数(圆度和完整度)进行了定量化表征,研究了钙质砂的形状分布规律。最终分别探讨了级配特征(如平均粒径、不均匀系数)、形貌特征等因素对钙质砂压缩和破碎特性的影响。结果表明:随着平均粒径的增大,钙质砂颗粒的形状不规则程度逐渐增加,其棱角也越发育。随着竖向应力的增大,在e-logp平面内,不同粒径钙质砂的压缩曲线逐渐会聚并相交于一条直线,初始粒径对其压缩特性的影响逐渐减小以致消失。而不同级配钙质砂的压缩曲线也发生会聚,但未相交于一条直线。当试样的不均匀系数(C_u)相近时,其压缩破碎量随着平均粒径(d₅₀)的增大而逐渐增加,当试样的d₅₀相近时,其压缩破碎量随着C_u增大而逐渐减小。上述研究成果将对南海岛礁大型工程建设提供重要科学依据。