不同应力路径下钙质砂的力学及变形特性试验研究

钙质砂是海洋钙质生物死亡后形成的一种具有丰富内部孔隙、低强度、不规则形状和易破碎的岩土材料。通过对钙质砂分别开展的等向压缩、常规三轴压缩、平均主应力为常数的三轴压缩、减压的三轴压缩和等应力比加载5种试验,探讨了不同应力路径下钙质砂的力学及变形特性。试验结果表明应力路径对钙质砂的抗剪强度和变形特征具有重要影响。钙质砂在等向压缩条件下具有明显的各向异性特征;常规三轴压缩试验条件下,密实钙质砂呈现低压剪胀、高压剪缩的变形特征,且峰值强度与初始固结压力之间呈幂函数关系;平均主应力为常数的三轴压缩试验中,增加偏应力会引起试样的体变;与常规三轴压缩试验不同,在减压的三轴压缩试验中,应力-应变关系曲线均表现为应变软化;而等应力比加载试验中,试样基本处于弹性状态下,且轴向应力与轴向应变之间呈幂函数关系。试验结果还发现钙质砂的切线泊松比不仅要考虑钙质砂的变形和应力状态等的影响,还要考虑应力路径的影响。不同应力路径试验条件下峰值应力比大小顺序与最大体变大小顺序不受初始固结压力的影响。钙质砂的峰值内摩擦角均随着初始固结压力的增大而减小,大致与初始固结压力的对数呈线性函数关系。     

土工格栅加筋珊瑚砂的强度及变形特性试验研究

珊瑚岛礁钙质砂作为海洋工程建设的主要原材料,具有碳酸钙含量高、多孔隙、颗粒易破碎等特征。为了进一步提高海洋工程建设中岩土构筑物的强度及稳定性,采用土工格栅加筋珊瑚砂是一种潜在的有效手段。通过一系列的室内三轴压缩试验,探究土工格栅加筋层数、初始含水率、围压等因素对加筋珊瑚砂强度及变形特性的影响。研究发现：格栅加筋能够明显地改善珊瑚砂的力学性能,随着格栅层数的增加,加筋珊瑚砂整体的强度逐渐上升,偏应力-应变关系总体呈现硬化趋势,侧向的鼓胀变形得到明显改善;似黏聚力随着格栅层数增加近似呈线性递增,内摩擦角轻微降低;随着初始含水率的增加,格栅加筋珊瑚砂的强度呈轻微衰减趋势,似黏聚力变化不大,但内摩擦角相比干砂最大下降了约4°;三轴应力状态下的格栅加筋珊瑚砂颗粒破碎受围压影响较大,低于400k Pa围压下的相对破碎率主要在3%以内。此外,基于格栅与珊瑚砂相互作用特征,考虑并计算得到格栅产生的侧向与轴向附加应力,研究结果进一步丰富了对格栅加筋珊瑚砂机制的认识。     

冻结砂不同应力路径三轴试验强度和变形分析

为研究冻土在复杂应力路径下的力学特性,利用自主研发的冻土三轴仪,进行了广义三轴压缩应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态下的压缩试验,分析了冻结砂在不同应力状态下的强度演化规律和变形特性。试验结果表明：当小主应力相同时,冻结砂在广义三轴压缩应力状态、平面应变应力状态和真三轴应力状态下的强度和应力-应变曲线的斜率依次增大,小主应力对冻土的强度起到提高作用;小主应力方向始终产生膨胀变形;体应变随着大主应变的增加呈现先剪缩后剪胀的趋势,且在同一试验类型下,小主应力对体应变影响程度较小;同一试验加载条件下,小主应力越小,偏应力与球应力之比的位置越高;从广义三轴压缩应力状态至平面应变应力状态再到真三轴应力状态,试样的破坏强度依次提升。     

循环加载频率对饱和珊瑚砂液化特性的影响

人们对循环加载频率f对饱和石英砂液化特性的影响已进行大量的不排水循环试验研究,但循环加载频率f对饱和珊瑚砂液化特性的影响尚未引起重视。为探究f对饱和珊瑚砂液化特性的影响,针对中密、均等固结的饱和珊瑚砂试样,开展了f=0.01～1.00 Hz、循环主应力路径90°跳转的系列不排水循环剪切试验。试验表明：孔压比ru和广义剪应变γg的增长速率随f增大而降低,到达初始液化所需的液化次数N_L随f增大而增大;不同循环加载方式引起的广义剪应变幅值γ_ga与峰值孔压比r_umax存在事实上的唯一性关系,且γga可表示为以r_umax为自变量的正切函数;f的增大会减弱试样的剪胀性。引入单元体循环应力比USR作为施加于试样的循环应力水平指标,USR-N_L关系曲线随f的增大而移向右上侧,不同f的USR-N_L关系曲线均服从相同形式的负幂函数。这意味着饱和珊瑚砂的抗液化强度随f的增大而增大。     

福建仙游地区高精度地震震源定位及深部断裂特征

福建仙游位于福建省东南沿海中部,其周边地区历史地震活动较平静,属于弱震区。但自从该地区的金钟水库于2010年5月下闸蓄水后,库区附近的地震活动性随之增强。为深入了解该地区的地震活动性、地震分布特征以及寻找隐伏断层,利用中国地震局提供的地震初至震相数据,使用双差定位方法对仙游地区近10年发生的地震进行重定位,获得了更为精确的震源位置,并根据重定位结果模拟深部断裂,寻找隐伏断层。结果显示：(1)重定位后的震源位置更加集中,按照发震时间可分为4个活动区,主要沿沙县—南日岛的次级断裂石苍断裂两侧北西向线性分布。(2)重定位后仙游震群的震源深度主要为8～11 km。石苍断裂左侧地震条带震源深度为6～12 km;右侧地震条带呈现明显的分层现象,上层西北侧地震较为分散,东南侧地震分布较紧凑,震源深度同左侧一样为6～12 km,而下层地震较少,震源深度为14～23 km。(3)根据重定位后的震源位置,利用奇异值分解法拟合得到三个深部断层面,其倾向均为南西向,走向为北西向,与石苍断裂和潼关断裂的倾向和走向一致。结合前人研究成果和本研究结果,推测石苍断裂并不是主发震断层,而是其两侧存在的深部断裂(高倾角隐...     

近松散层采掘抗渗透破坏评价方法Ⅰ：临界水力坡度

抗渗透破坏评价是近松散含水层煤层开采溃水溃砂防控的重要基础工作,但至今尚未形成规范性方法和标准。松散层和风化带抗渗透破坏评价的关键是确定水力坡度和临界水力坡度。首先综述了流土和内部侵蚀发生的临界水力坡度确定方法,指出近松散层煤层采掘诱发溃水溃砂临界水力坡度与传统的临界水力坡度的不同特点。针对集中通道获得考虑临空面出口尺寸和岩土层物理力学性质的松散砂层、黏土层和基岩风化带的抗渗透破坏临界水力坡度的计算公式,采用试验结果验证,溃水溃砂临界水力坡度公式的适用性。通过单因素和多因素参数对临界水力坡度的敏感性分析结果表明,裂隙宽度是影响临界水力坡度大小的最重要因素,也表明在实际工程中通过控制采掘诱发的覆岩破坏是减少溃水溃砂灾害的关键措施。煤系风化带的临界水力坡度与其中黏土成分的含量、施加荷载大小有密切的关系,当黏土在风化岩石中占比(质量分数)为5%～40%时,其变化范围为2.9～67.2,给出了用高斯函数的拟合估算关系式和考虑上覆荷载的估算公式。研究结果将为近松散层开采溃水溃砂评价临界水力坡度计算提供参考。     

小型人工湖富营养化水体的生态修复技术研究

小型人工湖水体发生富营养化时,将造成景观和环境效益的双重破坏。为解决该问题,构建了基于火山岩砂、生物炭、海绵铁滤料复配的改良生物砂滤(BSF)系统,考察了其对富营养化湖水的生态修复功能。研究结果表明：(1)改良BSF系统可在更短的时间内完成启动,且对富营养化水体中的有机物、氮、磷及叶绿素a表现出更高的去除性能;(2)滤料吸附、截留功能及生物膜上微生物作用的增强,是改良BSF系统高效净化富营养化湖水的有效保障;(3)BSF生态修复技术不仅可以处理富营养化湖水,还可预防和减缓富营养化现象的发生。BSF技术可作为富营养化湖水生态修复的可行方法,并为小型人工湖富营养化现象的防治提供技术借鉴。     

抽水过程中潜水位变化的自然电位响应特征砂槽试验

设计加工扇形渗流槽模型,开展定流量单孔完整井抽水试验,结合自然电位(SP)实时动态监测,研究了潜水含水层抽水过程中水位变化及SP响应特征。结果表明：抽水时,潜水位和SP均快速下降并逐渐稳定,但潜水位降低至稳定时间较短,SP降低至稳定所需时间较长,具有滞后性。抽水流量越大,潜水位和SP降低幅度越大;距离抽水井壁越远,SP稳定所需时间越长。自然电位差ΔSP与水位降深s_w之间满足线性函数关系,ΔSP和径向距离r之间满足指数函数关系,根据拟合公式计算得到模型中不同位置处水位降深值,与观测水位降深比较发现两者之间误差较小,表明利用该式可以对抽水过程中潜水位进行计算预测。     

东营凹陷沙四下亚段砂砾岩致密化过程与油气成藏

正东营凹陷北部陡坡带沙四下亚段砂砾岩中富含油气(刘华,2012),但由于砂砾岩沉积成因复杂,又经历了漫长的成岩演化过程,烃源岩经历了正常原油、凝析油气、湿气多次生烃,多期生烃与致密砂砾岩储层致密化之间形成了复杂的匹配关系,使研究区致密砂砾岩成藏过程复杂化。明确砂砾岩致密化过程及其与油气充注的关系,是正确认识油气藏类型、查清油气成藏控制因素的关键。     

珠江口盆地阳江凹陷中新统潮控体系及其岩性圈闭勘探意义

阳江凹陷作为珠江口盆地西北部浅水边缘盆地珠三坳陷内次级负向构造单元,具有周缘隆起带及局部凸起障壁环境,中新世时期（19.1~13.8 Ma）阳江-一统断裂带两侧火山活动发育,研究区发育港湾状地貌限定下半封闭潮控海岸-河口湾背景.珠三坳陷勘探成熟的多为构造圈闭,而对于岩性圈闭的识别刻画研究尚处在起步阶段,其中阳江凹陷已发现6个含油构造,并部署19口钻井,具有良好的资料基础,中新统缺乏岩性潜力系统研究认识,地层岩性圈闭搜索、排序及优选亟待开展.应用钻测井资料、岩心资料和新采集三维地震资料,基于区域构造-火山活动背景,在高精度层序格架搭建和沉积充填序列框架上,聚焦于阳江凹陷潮控体系沉积特征、沉积相展布及演化规律,进而解剖潮控体系下潮汐砂坝的识别标志、分布规律及岩性圈闭发育特征.研究表明:阳江东凹中新统发育潮控河口湾-潮控三角洲沉积体系,有利岩性圈闭叠合区恩平2-8构造储集砂体为潮汐砂坝,对于珠江口盆地浅水区域潮控体系及岩性圈闭预测具重要理论与勘探意义,并为其他浅水边缘盆地岩性圈闭研究提供了参考借鉴.