Influence of confining pressure and impact loading on mechanical properties of amphibolite and sericite-quartz schist

In order to investigate the dynamic mechanical properties of amphibolite and sericite-quartz schist under confi ning pressure, two rocks are subjected to impact loadings with different strain rates and confi ning pressures by using split Hopkinson pressure bar equipment with a confi ning pressure device. Based on the experimental results, the stress-strain curves are analyzed and the effects of confi ning pressure and strain rates on the dynamic compressive strength, peak strain and failure mode are summarized. The results show that:(1) The characteristics of two rocks in the ascent stage of the stressstrain curve are basically the same, but in the descent stage, the rocks gradually show plastic deformation characteristics as the confi ning pressure increases.(2) The dynamic compressive strength and peak strain of two rocks increase as the strain rate increases and the confi ning pressure effects are obvious.(3) Due to the effect of confi ning pressure, the normal stress on the damage surface of the rock increases correspondingly, the bearing capacity of the crack friction exceeds the material cohesion and the slippage of the fractured rock is controlled, which all lead to the compression and shear failure mode of rock. The theoretical analysis and experimental methods to study the dynamic failure mode and other related characteristics of rock are useful in developing standards for engineering practice.     

Geochemical evolution during the cracking of crude oil into gas under different pressure systems

Two comparative simulation experiments(a normal atmospheric-pressure opening system and a 20 MPa closed system)were conducted to study the geochemical evolution of n-alkane,sterane,and terpane biomarkers in the process of oil cracking into gas under different pressures.With an initial experimental temperature set at 300°C,the temperature was increased to 650°C at a heating rate of 30°C/h.The products were tested every 50°C starting at 300°C,and a pressure of 20 MPa was achieved using a water column.The low-maturity crude oil sample was from the Paleogene system in the Dongying sag in eastern China.The threshold temperature obtained for the primary oil cracking process in both pressure systems was 450°C.Before the oil was cracked into gas,some components,including macromolecular n-alkanes,were cracked into medium-or small-sized n-alkanes.The secondary oil cracking of heavy hydrocarbon gases of C2–5to methane mainly occurred between 550°C to 650°C,and the parameters Ln(C1/C2)and Ln(C1/C3),as well as the dry coefficients,increased.Overpressure inhibited the oil cracking process.In the 20 MPa system,the oil conversion rate decreased,the temperature threshold for gas generation rose,and oil cracking was inhibited.Compared with the normal pressure system,high-carbon n-alkanes and other compounds in the 20 MPa pressure system were reserved.Furthermore,the parameters∑C21-/∑22+,Ln(C1/C2),and Ln(C1/C3),as well as the dry coefficients,decreased within the main temperature range.During secondary oil cracking(550°C to 600°C),the Ph/nC18and Pr/nC17decreased.High pressure influenced the evolution of the biomarkers Ts and Tm,C31homohopane,C29sterane,and their related maturity parameters to different extents during oil cracking under different temperature ranges.     

北极涛动对青藏高原冬季变暖的影响

基于青藏高原地区1960-2010年高分辨率(0.5°×0.5°)的逐日地面气温格点资料以及 1960-2010年NCEP/NCAR全球月平均海平面气压场、高度场、风场的再分析格点资料(2.5°×2.5°), 通过计算青藏高原(74.75°~104.25° E, 26.75°~40.25° N)冬季地面温度平均值经标准化处理后得到的区域冬季气温强度指数, 分析了冬季北极涛动(AO)、西伯利亚高压与同期青藏高原地面气温的特征和关系. 结果表明: AO为负(正)相位时, 中高纬西风气流偏弱(强), 有(不)利于极地冷空气向南输送, 西伯利亚地区源地冬季风偏强(弱), 青藏高原冬季气温指数减小(增大), 地面气温偏低(高). 对AO作M-K突变分析, 发现其突变年份为1975年, 通过对突变年份前后高度场和风场作差值场分析, 结果显示: 冬季AO处于高指数时期, 500 hPa上, 欧洲东部槽变浅, 青藏高原北部的高压脊减弱, 环流呈纬向发展, 青藏高原上盛行偏南风, 气温偏高, 青藏高原地区为暖冬期; 200 hPa 上, 青藏高原东部的槽明显加深, 使得青藏高原地区对流层顶至平流层底的环流趋势以经向发展为主, 该区域主要受到偏北的急流控制, 易导致降温.     

深部泥岩渗透率测试方法及数据适用性分析

针对深部地层同一种泥岩,先后采用常规渗透测试、变围压渗透测试和三轴压缩下瞬态法3种方法开展渗透率的测试研究。试验发现,3种方法下泥岩的渗透率差别极大,其中常规渗透测试所得的渗透率高出后两种方法3~5个数量级;变围压法在围压大于5 MPa后与三轴压缩下的瞬态法所测得的渗透率值较为接近;瞬态法下泥岩渗透率随偏应力增加而缓慢 降低,偏应力高达30 MPa时仍未出现扩容现象。测试显示泥岩的渗透率具有强烈的压力敏感性,其内在原因是较高围压下裂隙闭合、孔隙压紧、孔喉连通性减小,进而导致渗透率下降,而制样、烘干处理等对渗透率也有一定影响。基于试验结果与泥岩所处实际地层应力状态,提出可采用变围压法开展油气储集层的盖层的渗透率及其演化规律研究,而三轴压缩下瞬态法则更适用于能源储库盖层及核废料处置室围岩的渗透规律研究;常规渗透方法所得数据的应用则须商榷。研究结论对研究深部泥岩的渗透特性和密封性能有一定参考价值。     

高能量冲击作用下淤泥孔压特征规律试验研究

以往动力排水固结室内试验,通常冲击能量不够,很难激发软土某些工程响应,对应加固机制难以发现。通过可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统,针对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验,获得了淤泥孔压等响应特征：夯击瞬间（6 ms）上部孔压增长及下降时间非常短,且其重复性好;初始两遍夯击结束后中部孔压变化呈双峰型,其时间间隔随着夯击遍数增加而逐渐变大,最后不复存在;每遍夯击瞬时中部土压均出现急剧增长与快速减小,增长幅度随夯击遍数增加呈减小趋势,但每遍夯完后数天内土压值均大于夯前值;每遍夯击孔压消散后最终值都小于初始孔压,说明在一定的排水条件下,淤泥这类超软土地基确实可夯击;夯击后残余应力作用机制存在,且其对沉降起主要作用,而一定静力荷载的这种机制不明显;排水板插设扰动效应不可忽视,但该扰动效应随软土埋深增大而减少。     

土-水特征曲线测定过程中潜在影响因素与异常现象研究

基于压力板仪对相同制样参数的4个环刀试样与12个三轴试样进行土-水特征曲线（SWCC）试验,研究影响试验的各种潜在因素以及相关的异常现象。试验结果表明：即便是相同条件制备的试样,其SWCC之间也会存在差异性,这种差异与土的颗粒级配不良有直接关系,而与平衡时间无关;蒸发效应在SWCC试验中持续存在,并在平衡后期成为失水的主要因素,因此,对平衡条件应适当修正;试样的侧面防护对试样的SWCC影响显著,特别对于大高径比试样,蒸发效应将因其侧面防护脱离而成为失水的主要因素,严重影响SWCC的试验结果;横向裂纹这一异常现象并未影响SWCC测量结果,但其产生机制却可能反应了轴平移技术的不足,值得进一步研究。根据上述研究结果和其他相关试验成果,对SWCC试验提出建议和改进方法。     

循环荷载下复合筒型基础地基孔隙水压力变化及液化分析

复合筒型基础是一种新型的宽浅式基础型式。在风、波浪、海流等动力荷载的作用下,复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化对结构安全产生影响。模拟了复合筒型基础受到的风浪流荷载,并将风浪流荷载合理叠加,采用三维有限元方法分析了风浪流联合作用下复合筒型基础地基动力响应规律。同时对复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化规律及液化范围进行了系统分析,通过分析发现：复合筒型基础附近海床液化深度随着饱和度、渗透系数、波浪周期、水深的增大而增大,随着泊松比的增大而减小。     

人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。     

压力溶解对颗粒聚集岩体中热-水-应力耦合影响的数值模拟

在自主研制的孔隙介质热-水-应力耦合有限元程序中引入Taron等提出的颗粒聚集体的压力溶解模型,针对一个假设的实验室尺度且位于非饱和石英颗粒聚集岩体中的高放废物地质处置模型,拟定两种计算工况：（1）孔隙率和渗透系数是压力溶解的函数;（2）孔隙率和渗透系数均为常数,进行4 a处置时段的数值模拟,考察了岩体中的温度、颗粒界面水膜及孔隙中的溶质浓度、迁移和沉淀质量、孔隙率及渗透系数、孔隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布情况。研究结果表明：工况1计算终了时,压力溶解使得孔隙率和渗透系数分别下降到初始值的43%～54%、4.4%～9.1%。在核废料释热温度场的作用下,工况1、2中的负孔隙水压力分别为初始值的1.00～1.25倍、1.00～1.10倍,前者表现了压力溶解的明显影响;两种工况的岩体中的应力量值及分布基本相同。     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。