膨胀土工程地质特性研究进展

根据近年来国内外学者围绕膨胀土工程地质特性取得的研究成果,着重从胀缩性、裂隙性、超固结性、强度、渗透性、微观结构及工程处治技术等几个方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:（1）胀缩性主要取决于强亲水性黏土矿物含量、水/力边界条件及初始状态,在干湿循环条件下具有不可逆性,关于胀缩机理学界存在不同的观点;（2）裂隙性是膨胀土区别于一般土体的显著特征之一,裂隙的存在会极大破坏土体的整体性,弱化力学性质,是许多工程地质问题的直接或间接原因,裂隙形成过程与膨胀土矿物成分、微观结构和干燥过程中的内应力发育状态有关;（3）超固结性使膨胀土具有较大结构强度和水平应力,易在开挖过程中引起较强的卸荷效应,是促进边坡失稳的重要因素;（4）膨胀土的强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,并最终趋于稳定,其中裂隙发育和土结构调整在此过程中起关键作用;（5）渗透性在很大程度上受裂隙的控制,但目前关于两者之间的定量关系还缺少系统研究;（6）微观结构反应了膨胀土的形成条件和应力历史,是决定其宏观物理力学性质的主要因素,开展微观结构研究是掌握膨胀土宏观性质本质规律的重要途径。在工程处治技术上,本文重点介绍了近些年发展起来的膨胀土路堤物理处治技术和路堑边坡柔性支护技术。最后,针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究重点和方向,主要包括胀缩性和力学性质的各向异性、裂隙形成的力学机理、裂隙形态特征与工程地质特性之间的定量关系、宏-微观力学模型耦合问题及多场耦合作用下膨胀土工程性质响应特征等。     

冻融循环作用下含结核砂岩风化特征实验研究

为研究云冈石窟砂岩孔状风化现象的形成机理,对现场选取的含结核砂岩进行冻融循环实验,利用激光共聚焦显微镜对砂岩结核、砂岩基质、以及结核与基质交界面进行观测,分析冻融条件下含结核砂岩裂隙扩展规律,建立了含结核砂岩冻融破坏力学模型。研究表明:随冻融循环周期增加,结核与基质交界面、结核中心、砂岩基质先后出现裂隙。各区域裂隙宽度随冻融循环周期增多均呈增长趋势,但3个位置裂隙发展过程存在差异,交界面的裂隙沿交界面延伸;结核中心产生新裂隙,同时早期裂隙扩展、延伸、汇交形成裂隙网络;砂岩基质裂隙发展缓慢。结核的存在改变了砂岩物理力学性质,显著增强了砂岩的非均质性,建立的含结核砂岩冻融破坏模型,揭示了裂隙一般易发育于交界面的特点。砂岩的非均质性是云冈石窟砂岩形成孔状风化的内在因素。     

Satellite estimates and subpixel variability of rainfall in a semi-arid grassland

卫星估雨精度的不确定性受到当地降雨类型和像元内降雨非均匀性影响,而结合这两个关键因素开展半干旱草原卫星估雨的研究有限.2009年夏,我们在中国锡林郭勒半干旱草原用多部微雨雷达和雨量计构建了9 km卫星像元降雨观测网,观测了像元内降雨非均匀性(空间变异系数CV),并评估了卫星估雨精度.结果表明:(1)CV值受像元内平均降雨量,降雨类型,降雨云面积及移向等影响,如高Cv值的降雨过程大多为平均降雨量小,对流性降雨过程,降雨云边缘像元CV值较高;(2)TRMM 3B42V7卫星估雨产品适用性较好,CMORPH和PERSIANN次之,但TRMM 3B42V7易在半干旱草原湖泊处高估降雨.     

2019年马六甲地区红色精灵观测及母体雷暴分析

红色精灵是一种发生于闪电放电活跃的雷暴云上空的中高层大气瞬态发光现象,它们通常由中尺度对流系统层状云降水区内的强地闪回击产生,是对流层和中间层之间的一种能量耦合过程。目前,有关中国南海及东南亚地区的红色精灵观测鲜有报道。为了进一步了解热带地区产生红色精灵事件的沿海性雷暴特征,于2019年利用低光度光学观测系统和低频磁场天线在马来西亚马六甲地区开展了地基观测。实验于11月9日、12月11日和12月15日三次在沿海雷暴上空共捕捉到7例红色精灵事件,其中包括4例圆柱型、2例胡萝卜型和1例舞蹈型。结合闪电定位、云顶亮温和低频磁场信号等同步数据,分析表明所有事件均由正极性地闪回击产生,且母体闪电回击位于雷暴对流区附近（云顶亮温≤ 210 K处）,这可能是该地区产生红色精灵的沿海性雷暴的共同特征。此外,红色精灵生成期并不是闪电活动最强期,而是发生于闪电频数短暂降低后,这表明红色精灵的发生可能是该地区成熟雷暴中对流减弱的一个信号。     

工业机器人运动学参数标定精度分析与改进

为了提高工业机器人运动学参数标定的精度,分析了影响标定结果的误差源,并提出了一种基于抗差岭估计的参数辨识算法。在机器人误差模型建立过程中,针对基坐标系拟合具有一定误差的特点,首先建立了机器人的误差模型;然后分析了误差方程中系数阵存在的病态性问题,以及多因素导致的末端观测值存在的粗差现象;最后基于抗差岭估计的最小二乘法对运动学参数进行了解算。实验表明,机器人经标定补偿后,绝对定位的RMS误差由补偿前的0.83 mm降低为0.42 mm;平均误差由补偿前的0.75 mm降低到0.37 mm。从而证明了该方法的有效性。     

四川盆地喜马拉雅期张扭性断裂构造特征及形成机制

前人对四川盆地盆缘冲断带及川中高-磨地区断裂系统进行了系统性研究,但对于盆地其他区块断裂发育特征、形成演化及应力背景的认识尚不充分.发现了梓潼-成都-威远-华蓥山-广安地区震旦系-下三叠统地层中发育的一套区域性张扭性断裂,主要自震旦系及以下地层向上延伸切穿二叠系地层,多为高陡、小断距正断层,部分形成负花状构造.根据该断裂系统的剖面产状、纵向穿层特征及盆地范围内体现出的分异性,推断该断裂系统形成于喜马拉雅期.物理模拟实验研究发现该断裂体系应发育于扭张性应力环境中,该断裂体系的发育指示了四川盆地内部新生代存在南西-北东向张应力,可能与四川盆地新生代发生的逆时针旋转有关.      

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。     

定向钻进技术与装备在穿层定向长钻孔中的应用

针对硫磺沟煤矿工作面常规施工单孔深度不足、有效孔段短、钻进施工效率低、钻孔孔径小等诸多问题,提出采用窄体式ZDY4000LD（C）型履带钻机、第二代随钻测量系统（YHD2-1000（A）型）等附属定向设备进行穿层定向长钻孔成孔技术,以提高钻孔成孔精度、钻孔深度,增大钻孔孔径等参数,减小煤层因受采动影响,导致工作面瓦斯涌出量增大的问题。现场试验施工了4个大直径穿层定向长钻孔,孔深300 m以上钻孔成孔率达到100%,孔深最深399 m,最大钻孔孔径193 mm,钻进总进尺1581 m,平均孔深395.25 m,钻孔抽采效率显著增加。其中3号钻孔最大抽采混合流量8.3 m³/min,最大抽采纯量1.6 m³/min,瓦斯抽采浓度51%,瓦斯抽采效果显著。     

微生物-CMC无固相钻井液固壁作用与机理初探

松散破碎性地层孔壁失稳一直是困扰钻探工程界的难题之一,增强该类地层的胶结性,提高其力学性能是有效解决孔壁失稳的技术关键。本文将微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术与CMC无固相钻井液相结合,构建微生物-CMC无固相钻井液体系。通过岩心浸泡实验、X射线衍射实验（XRD）以及扫描电镜分析两种微观分析手段对微生物-CMC无固相钻井液的固壁作用与机理进行了初探。结果表明：微生物-CMC无固相钻井液对松散破碎性地层具有较明显的加固作用,且作用时间越长,初始菌种浓度越高,钙源浓度越大,固壁效果越好。在固壁过程中,微生物随钻井液渗透进入试样内部,在松散颗粒之间诱导生成碳酸钙晶体,填充孔隙空间,将松散颗粒胶结成整体,并具有一定的力学强度,从而达到加固孔壁的目的。本研究结果为解决松散破碎性地层孔壁失稳提供了新的钻井液技术方案。     

煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔钻进工艺

碎软煤层在我国煤矿区分布广泛,具有瓦斯含量高、压力大、渗透率低等特征,在碎软煤层中钻进存在喷孔、塌孔、排渣不畅等问题,导致碎软煤层钻进困难、孔内事故频发,进而影响成孔深度和成孔率,造成瓦斯治理盲区;尤其是随着我国煤矿开采深度的增加,碎软煤层瓦斯抽采孔工作量和成孔难度不断增大。针对碎软煤层瓦斯抽采对钻孔施工需求,研究开发了高转速螺旋钻进工艺、中风压空气钻进工艺、气体定向钻进工艺等实用、经济的碎软煤层高效钻进技术,破解了碎软煤层钻孔排渣护孔、轨迹控制和高效成孔等方面难题,实现了碎软煤层钻孔在服役周期内的长效利用,相关技术在安徽、贵州、山西等地区成功推广应用,达到高效、精准抽采的目的,为矿井安全生产提供了技术保障。