冻结作用对青藏红黏土及兰州粉土微观结构的影响分析

冻土微观孔隙特征是决定冻土体一系列物理、力学性质的基本参数,冻土中存在的冰晶体其体积受温度影响发生变化会影响到冻土的土体微观结构及孔隙特质发生变化。利用可用于负温冻土观测的新型扫描电镜,通过对青藏红黏土及兰州粉土不同初始条件下的土样冻结前后微观结构进行研究分析。结果表明：冻结作用发生后,冰晶生长对周围土颗粒产生挤压作用,导致周围土颗粒的移动和结构破坏,土中大孔隙的数量增多,加之周围小孔隙补给大孔隙中的冰晶进一步生长,出现局部个别大孔隙体积增大,小孔隙体积缩小的现象,表现在孔隙率上为土体在冻结后孔隙率减小;此外,对于粒径级配不同的土体而言,冻结作用对细颗粒土的土体孔隙的尺寸、形态以及排列方式等方面的影响均大于粗颗粒土;同样,初始含水率决定了冻结作用发生后参与改变土体微观结构的冰晶体生长的"量"的大小,在冻结作用对土体结构性破坏的过程中起重要作用。研究成果定量揭示了冻结作用对不同初始条件下的土体微观结构的影响,为研究冻土宏观力学特性和冻胀机制等提供了理论基础与和试验支撑。     

Large borehole with multi-lateral branches: A novel solution for exploitation of clayey silt hydrate

ontact area are two main ways to raise the productivity of hydrate. An exploitation technique based on large borehole with multi-lateral branches (LB & MB) was proposed in this paper. This technique is mainly intended for the clayey silt hydrate reservoir in the South China Sea, and its main purpose is to alleviate the sand output from formation for maintaining the stability of the reservoir and to greatly increase the gas productivity of the reservoir. In this paper, the following aspects were mainly expounded: definition of the basic geometric parameters for layout of multi-lateral branches in clayey silt hydrate reservoir, simulation of the stimulation effect of a typical well profile with two branches, and prediction and simulation of the reservoir failure risk in a well profile with eight branches. The results show that the LB & MB effectively improves the flow field in the formation, raises the productivity of the reservoir and may also help to decrease the produced water-gas ratio (WGR). When the lateral branches spacing is too small, the failure zones around adjacent lateral branches overlap each other, possibly causing reservoir failure in a larger range. Therefore, the geometric parameters of multi-lateral branches depend on the dual control of the productivity and geotechnical risk factor of reservoir. Further study is being carried out, so as to obtain the optimal combination of parameters of multi-lateral branches.     

粉土动强度试验研究

文中对重塑的粉土试样施加正弦波和任意波轴向荷载,进行应变控制的动三轴试验。根据试验结果,分析和比较2种不同波形振动荷载下粉土的动强度和变形特性。研究结果表明:固结条件相同,振动频率为1Hz,任意波振动荷载作用下粉土的动强度较正弦波下的稍小;任意波下粉土试样产生的动应变比正弦波下的大。     

高含冰量冻结粉土单轴受压损伤特性试验分析

为了研究高含冰量冻结粉土的应力-应变关系及结构的内部损伤演化过程,利用SOMATOM-PLUS X射线螺旋CT机对-1、-2、-4℃下的冻结粉土进行了单轴压缩实时CT扫描试验,探讨了温度对高含冰量冻结粉土的宏观力学性能及微观损伤演化过程的影响。通过试验结果可以看出：冻结粉土的应力-应变关系曲线大致经历线弹性变形阶段、损伤演化阶段与峰后软化阶段;高负温下温度对冻结粉土初始弹性模量影响不是很明显,而对冻结粉土强度的影响则比较大;温度从-1℃降到-2℃,强度大约可以提高63%,而从-2℃降到-4℃,强度可以提高约为36%;CT扫描各层初始密度损伤并不完全相同,但各层密度随着应变变化的趋势大致相同,中环、全区的密度随着应变的增加而减小,外区密度则随着轴向应变的增加而增大。     

冻结粉土三轴压缩变形破坏与能量特征分析

对不同温度和不同围压下的青藏冻结粉土进行了三轴压缩与加卸载试验,得到冻结粉土应力-应变关系曲线、抗压强度等力学参数随温度与围压变化的关系。结果表明,冻结粉土典型应力-应变曲线在低围压下大致可以分为线弹性、峰前塑性变形与峰后软化3个阶段。当? 3 < 3.0 MPa时,应力-应变曲线具有明显的峰后软化现象,随围压的增大,软化现象逐渐减弱,当? 3 达到14 MPa,应变软化现象重新变得明显;冻结粉土的强度与变形模量均随围压的增加先升后降;低围压作用下冻结粉土体积随轴向应变的增加先缩后胀,而高围压下体积变形只有体缩;低围压下冻结粉土体积塑性变形耗散能先是随着体积塑性变形增大而增大,之后由于剪胀而减少,高围压下体积塑性变形耗散能始终增加;剪切塑性变形耗散能与塑性剪应变之间近似成抛物线的关系。     

波浪作用下粉质土海床液化界面波压力的研究

波浪作用下粉质土海床的液化是影响海上平台、海底管线等海洋构筑物安全的灾害之一。在进行构筑物设计中应考虑海床液化的深度问题,而液化土体对下部海床的界面波压力是计算海床孔隙水压力增长以及液化深度的重要参量。本文基于波致粉土海床自上而下的渐进液化模式,利用双层流体波动理论,推导了考虑海床土体黏性的海床界面波压力表达式,并与不考虑黏性时的界面波压力进行了比较分析。结果表明,计算液化后土体界面波压力时,是否考虑液化土体的黏性对结果影响较大,进而可能影响粉质土海床液化深度的确定。     

山西公海湖泊沉积物记录的大气粉尘现代过程

湖泊粉尘记录是研究区域大气粉尘演化历史的重要载体,而现代过程研究是定量提取湖泊沉积物中粉尘信号的重要基础。对山西公海湖泊沉积岩芯样品及周边不同类型的表土样品开展了粒度分析,并对岩芯样品进行粒度组分的定量分离。结果表明：全新世湖泊岩芯样品以黏粒（<2 μm）、细粉砂（2～19 μm）和粗粉砂（19～78 μm）为主,粗粉砂组分的粒度特征与湖泊沉积物中的石英颗粒、黄土样品中的粗粒组分及现代大气降尘的粒度特征相似,石英颗粒的表面微形态也具有典型风成特征。因此,公海湖泊沉积物中粒径19～78 μm的粗粉砂组分可用来代表大气粉尘的变化,这与湖泊沉积物中粗粉砂组分是大气尘暴降尘主要组分的认识一致。另外,公海湖泊冰面粉尘样品的平均粒径还具有从西北向东南递减的趋势,表现出与冬季风方向一致的特征,进一步表明公海湖泊沉积物中粗粉砂组分可以代表东亚冬季风强度的变化。因此,公海湖泊岩芯中的粗粉砂组分可用来重建全新世大气粉尘变化以及可能的东亚冬季风强度演化历史。     

饱和粉土液化后变形特性试验研究

利用多功能静动液压剪切三轴仪,进行了一系列饱和粉土液化后变形特性试验,研究了干密度和液化程度对粉土液化后变形特性的影响,并考虑试验动加载前小幅预振和不规则动加载对粉土液化后变形特性的影响。试验结果表明,液化后变形可由两段应变 和 组成。干密度越小, 越大, 段剪切模量越低;液化越严重 越大,不同液化程度对 段剪切模量影响很小;动加载前小幅预振和不规则动加载对液化后变形影响较小。提出了饱和粉土液化后变形模型,给出了模型参数的推导。验证结果表明,该模型的计算值与试验值吻合较好,说明该模型能很好地描述这种变形行为。     

黄河放淤固堤工程淤背的合理施工速率

采用淤背方式加固黄河大堤时,河南、山东一期工程堤身多处出现裂缝。目前尚无淤背对堤身影响的定量研究成果,因而放淤固堤的合理施工速率难以确定。淤背体及堤防土体的水分消散过程实际上是非饱和流固耦合问题;淤背分级施工的变水头边界问题,可等效成多级常水头边界问题。采用非饱和渗流分析方法,计算出每级施工后堤防及淤背体的浸润线;将其作为已知边界条件,考虑堤防土体力学特性、排水条件等影响,进行非饱和流固耦合分析,据此提出相应的淤背施工合理速率。研究表明,该模型计算结果与实际情况相符,因而可为黄河标准化堤防工程设计与施工提供理论依据,并可供其它河流治理时参考。     

黄河口粉土强度丧失与恢复过程现场振动试验研究

在黄河口潮坪上选择典型研究区,进行了模拟波浪荷载的现场振动试验,利用轻型静力触探仪测记振动前、振动刚刚结束以及静置一段时间后土体贯入阻力的强度值,研究了海床土强度的丧失、恢复过程及影响因素。研究结果发现:模拟波浪荷载振动导致土体强度丧失发生在海底面下一定深度范围内,强度丧失量和恢复量沿深度呈抛物线型变化。振动后,土体表面排出的水和细粒物质环绕振动点周围形成一系列微型“泥火山”。振动导致土强度最大恢复量值与强度最大丧失量值出现在同一深度处;振动结束 2 h 后,土体强度超过振动前原状土体强度,振动使土体强度丧失与恢复受土体曾经历的水动力作用强弱、振动前土体的原始强度、振动荷载的循环次数、振动能量大小、土体的深度、静置的时间等因素的影响显著。黄河口海床土体强度独特变化规律的成因机理有待进一步研究。