深部盐矿勘探钻井液研究与应用

ZK001井钻遇地层为大段泥岩,部分地层为页岩、含盐泥岩、盐膏层。在泥页岩地层进行大口径全面钻进,钻速较快,固控设备能力有限,引起钻屑中粘土颗粒重复性膨胀、软化及裂解分散,最终可能造成粘土侵,对井内安全造成威胁。深部岩膏层易溶于水,从而导致盐层蠕变、井径扩大、井壁失稳等问题。以ZK001井为例,通过优化钻井液体系及现场施工工艺,解决了地层强造浆、盐层失稳等问题。通过岩石力学测试、阳离子交换容量测试、钻井液体系优选及性能测试,确定了上部地层采用聚合物钻井液体系,下部含盐层取芯钻进转换为饱和盐水钻井液体系。通过选用合适的钻井液密度、粘度、切力量、滤失量、含盐量等指标,可以有效控制上部泥岩井壁稳定、含盐层蠕变、井径扩大的问题。钻进过程中钻井液性能稳定且易于维护,从而保证了钻进工作安全、高效、顺利的进行。     

皂角沱崩塌形成机制数值模拟

以位于"5·12"汶川大地震震中区的皂角沱崩塌为研究对象,通过对崩塌所处的自然地理、工程地质环境进行野外调查,分析崩塌的发育特征;采用不连续变形分析软件DDA,对坡体失稳崩塌的全过程进行模拟研究。结果表明,斜坡地形放大效应在震中区是客观存在的,具倾向坡外的陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波具有明显的放大作用。该坡体崩塌失稳模式为:峰值加速度放大→增加的振幅迫使岩体沿陡倾坡外的控制性结构面迅速拉裂→沿滑动面发生崩滑→高速脱离滑源区→巨大的势能和动能驱动块体做长距离运动。通过数值模拟可知,随着斜坡坡高的增大,地震加速度和速度无论是在水平向,还是在竖直向均存在放大效应,但是水平向的放大效应较竖直向更明显;结构面监测点的加速度和速度放大系数相比稳定的坡体要大得多,地震袭来,当遇到陡倾坡外的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终危岩体沿控制性结构面发生崩滑破坏。     

渤海湾西岸QX02孔Ⅱ海的识别及OSL年龄

以渤海湾沿海低地的QX02孔为研究对象,进行了沉积岩石学分析和底栖有孔虫统计,结合加速器质谱~(14)C测年和光释光(optically stimulated luminescence,OSL)测年,探讨了该孔记录的第Ⅱ海相层埋深和形成时代。第Ⅱ海相层厚度11.4m,记录相对海面高度-26.83~-15.43m。AMS~(14)C年龄表明,Ⅱ海形成于MIS 3早期、甚至更早。OSL年代学研究显示,Ⅱ海样品等效剂量离散度较高,并且主要集中在2个区间,计算得到新、老2个年龄阶段。基于OSL测年原理的常规判断,认为较老的83.5~62.6ka阶段系受曝光不充分组分的影响,通常采用较年轻的51.9~39.9ka阶段为QX02孔的Ⅱ海沉积年龄。但是,较老的一组年龄从新的视角,暗示了可能的原始沉积过程及相应的海侵发生时间,因而具有重要的年代学和沉积学意义。     

软岩隧道中双层初期支护的应力情况分析

两水隧道穿越的地层主要岩性为炭质千枚岩,地质情况较差,围岩破碎度高,节理发育。自2009年两水隧道开工建设以来,隧道工程问题层出不穷,出现了初期支护开裂、破坏,甚至出现二衬开裂、掉块,仰拱隆起等严重的隧道结构破坏现象,施工进度缓慢。在进口桩号为DK359+712～ DK359+742段采用双层初期支护和单层二次衬砌的支护方式,取得了良好的效果。通过应力情况分析为炭质千枚岩隧道的支护选型提供了依据。     

多年冻土活动层浅层包气带水-汽-热耦合运移规律

活动层水热状态直接影响多年冻土和寒区工程的稳定性。已有研究大多基于附面层理论研究冻土温度场变化,较少研究液态水和水汽运移过程及其对冻土温度场的影响。结合多年冻土活动层包气带水-热耦合迁移的物理过程和内在机制,以温度和含水率为基本变量,建立了考虑液态水和水汽相变、水分对流传热和水汽运移的土壤-地表-大气能量平衡及土壤内部水热变化的耦合模型,分析了真实野外气象条件下活动层液态水和水汽运移规律。计算结果表明:白天温度梯度水分向土壤内部运移,夜间温度梯度水分向土壤表层运移;暖季温度梯度水分以向土壤内部运移为主,冷季温度梯度水分以向地表运移为主;就全年而言,活动层各个深度处水汽运移作用大于15%,水势梯度水汽运移极小可以忽略不计,特别是浅层土壤在无降雨状态下,水分运移以温度梯度水汽运移为主;水势梯度液态水通量受降雨影响明显,在降雨事件期间和之后,液态水和水汽下渗占主导地位,降雨降低表层土壤温度、减小土壤热传导通量,有利于土壤热稳定性。     

基于膨胀本构的石膏岩隧道衬砌缓冲层厚度优化研究

膨胀性围岩对隧道衬砌结构均有特殊要求,针对重庆梁忠高速公路礼让隧道膨胀性石膏岩的衬砌结构改进问题,基于Noorany修正膨胀本构建立数值计算模型,对增设的EPS缓冲层结构进行厚度优化和隧道结构稳定性研究。采用FLAC软件对开挖后的隧道初期支护、缓冲层和二次衬砌3种结构的力学状态进行多因素对比模拟分析,得到了一定工况下隧道支护结构的最优缓冲层厚度为40 cm。在现场采用该厚度的EPS缓冲层作为初衬与二衬间的支护结构,通过现场监测,缓冲层与二衬间的接触压力均小于规范预警值,表明支护结构优化方案可靠性较高。理论及应用研究均表明,衬砌结构中增加EPS缓冲层是富水膨胀性围岩隧道的有效支护形式和潜在灾害防治措施,该优化方案及其设计分析方法对类似工程均具有重要的推广应用价值。     

辽宁凌源四合当地区九佛堂组珍稀化石层划分及意义

辽宁省凌源市四合当地区九佛堂组含有丰富的中生代热河生物群化石,尤其是珍稀化石.通过剖面测制、化石采集以及实地调查等手段,将九佛堂组划分为3个段,确定了化石层的分布及重要化石的产出层位,同时命名了3个化石层：一段的韩家沟层、二段的卅二道湾层、三段的四合当层,加深了辽西九佛堂组化石层的研究程度.     

长江三角洲北岸土体工程地质层组划分及其应用

鉴于研究区工程地质层划分标准尚不统一,不利于工程地质资料的交流和资料的社会化利用。为提高研究区工程地质资料的通用性,结合研究区11个1∶50000标准图幅工程地质调查工作,以100m以浅的土体为工程地质层组划分对象,考虑沉积时代、沉积环境、土体结构特征和物理力学参数,建立研究区基本地层结构层序和编码,将研究区土体划分为7个工程地质层组和21个工程地质层。通过工程地质层组的建立,找出了大区域工程钻孔土层的对应关系,使区域地层资料对比分析成为可能,有助于地质模型的概化和抓住工程地质问题。采用物理力学参数离散性、绘制的地质剖面和三维型分析了工程地质层组划分的合理性,证实了层组划分结果合理正确。通过工程地质层组划分,找出了2个软弱敏感层和4个优势持力层。本文的成果对长江北岸三角洲地区的工程勘察、城市规划和建设项目选址论证具有一定的指导意义。     

基于GIPL2模型的青藏高原活动层土壤热状况模拟研究

青藏高原活动层土壤热状况,对深入了解高原活动层的厚度变化特征、下垫面的热力作用以及对气候变化预测均有重要意义。利用GIPL2模型模拟青藏高原多年冻土区不同植被状况下活动层土壤热状况。模拟结果表明：模型在高寒草原（QT06）试验点模拟效果较好,高寒沼泽草甸（QT03）试验点的模拟效果较差,高寒草甸（QT01）、高寒荒漠草原（QT05）和高寒草原化草甸（QT04）试验点的模拟效果介于高寒草原试验点和高寒沼泽草甸试验点之间。QT01、QT03、QT04、QT05和QT06的土壤温度模拟值与观测值相比,均方根误差分别为0.67、1.29、0.73、0.7和0.56℃;相关系数分别为0.99、0.87、0.98、0.98和0.96;平均误差分别为0.37、0.61、0.31、0.45和0.16℃。QT06模拟结果较好,原因在于此点土壤质地变化不大,模型的分层与所取的参数更加接近此点的实际状况。QT03模拟结果较差,可能由于此地区土壤中存在砾石,在导热率参数化方案中没有考虑砾石含量,导致模拟结果偏差较大。总体而言,GIPL2模型对青藏高原活动层土壤热状况的模拟具有一定的优势,是一种模拟多年冻土区活动层土壤热状况较为理想的模型。     

开挖条件下含陡倾结构面顺层岩质边坡破坏模式与稳定性预测

顺层岩质边坡易发生失稳破坏,当边坡中发育有顺坡向陡倾结构面时,更不利于边坡稳定。以贵州某水电站大坝左岸含陡倾结构面顺层边坡为例,在综合分析地质条件及开挖扰动的基础上,结合离散元软件UDEC,分析了边坡的变形破坏模式和稳定性。研究结果表明,边坡可能发生的变形破坏模式主要有滑移、拉裂—滑移两种;自然状况下及开挖后,边坡都有沿断层f_9、卸荷裂隙L_1及岩层面发生滑移的趋势,且工程开挖导致边坡沿该结构面发生内部滑动;对边坡采用预应力锚索加固后,变形得到有效控制,位移数值计算值与实际监测值基本吻合。