裂隙内部溃砂运移特点及应力波动研究

随着近年来煤炭资源的开采逐渐向西部地区发展,溃砂灾害的防治也越来越受到关注。本文通过自行设计的裂隙溃砂试验装置用两种石英砂颗粒以及3种天然砂样进行了溃砂试验,探究了溃砂的影响因素、运移特点以及裂隙内部应力变化规律。两种石英砂颗粒的试验表明,溃砂速度的大小主要取决于溃砂出口的宽度,总溃砂量取决于砂源区的砂量;受裂隙倾角的控制,裂隙通道的开启方式有局部空间扩展、局部空间移动、直接溃砂3类。3种天然砂样的试验得出,溃砂后干砂和水砂流对裂隙壁的作用力自溃砂入口至出口呈减小的趋势;根据应力变化规律将水砂流中颗粒的运移分两类:碰撞运移型,其裂隙内部应力存在波动;连续运移型,裂隙内部应力变化连续。3种天然干砂溃砂时对裂隙壁存在周期性作用力,粒径大的颗粒对裂隙壁的作用力、应力波动幅值及应力波动周期均较大,运用Matlab插值分析得出应力波动频率约为3.2～3.6Hz。水砂流溃砂时仅粒径最大的砂样仍存在应力波动,频率减小为2.7～3.5Hz,应力受粒径的控制增幅较小。试验获得了影响溃砂的主要因素以及砂体运移规律和应力波动现象,有助于进一步了解溃砂机理及裂隙内部应力变化情况,对溃砂灾害的防治起到一定的指导作用。     

欧龙布鲁克山全吉群砂砾岩地球化学特征及地质意义

欧龙布鲁克地块全吉群下部的下部砂砾岩段(Pt3qna)样品与石英砂岩段(Pt3qnb)样品在主量元素、微量元素等方面存在明显差异。石英砂岩段(Pt3qnb)样品除Si O2、V、Zr、Hf含量高于砂砾岩段(Pt3qna)样品外,其余元素明显低于砂砾岩段(Pt3qna)样品。该套碎屑岩沉积于南倾的被动大陆边缘盆地,碎屑物质均来自于中元古界达肯大阪群。鱼卡-沙柳河裂陷槽裂陷的不同阶段以及古气候环境的差异是造成欧龙布鲁克地块全吉群砂砾岩岩石学类型、地球化学特征巨大差异的直接原因。新元古代早期,鱼卡-沙柳河构造带形成裂谷,随后裂陷槽逐渐扩张,研究区构造活动逐渐趋于稳定,自下而上,全吉群陆源碎屑岩成分成熟度及结构成熟均明显增高。化学蚀变指数(CIA)的大幅度变化表明研究区受新元古代早期低纬度冰川事件的影响,下部砂砾岩段(Pt3qna)极低的CIA值是"雪球地球"在研究区的表现;石英砂岩段(Pt3qnb)极高的CIA值所反映的湿热古气候环境则是研究区该时期处于低纬度的正常表现。     

砂卵石地层浅埋暗挖超前支护施工技术

以北京地铁6号线西延工程廖公庄站暗挖工程为背景,针对砂卵石地层自立性较差及浅埋暗挖的自身风险,通过方案对比,确定采用二重管WSS后退式深孔注浆进行砂卵石地层超前支护,并介绍了深孔注浆的浆液材料、机具选择、注浆压力及工艺方法等,给类似工程提供一些经验和参考。     

徐家围子断陷砂砾岩储层纳米-微米级孔隙的形成及其与天然气充注的关系

松辽盆地徐家围子断陷在沙河子组致密砂砾岩纳米-微米级的孔隙中获得了工业气流,研究纳米-微米级孔隙形成与天然气充注的关系,为勘探选区和"甜点"预测奠定基础.在分析储层岩石学、储集空间和成岩作用特征的基础上,通过储层分类和计算各成岩事件对储层物性的影响,确定了砂砾岩储层的致密成因、微米-纳米级孔隙形成机制.研究认为,断陷早期的快速沉降大量减少储层原始孔隙,在强烈的机械压实作用下,富含粘土和塑性岩屑的"超致密砂砾岩"首先致密,相对富含刚性组分的"致密砂砾岩"受中成岩B期碳酸盐胶结物的充填达到致密,晚期碳酸盐岩胶结开始形成时期对应砂砾岩大规模致密化的时期,这期间原始较大孔隙也逐渐向微米-纳米级转化.结合砂砾岩中方解石胶结物内气液烃包裹体的均一温度和地层埋藏史、热史,推断砂砾岩致密化深度为2 500 m,致密化时期为距今100 Ma.砂砾岩孔隙演化史、源岩生烃史和油气充注史综合研究表明,天然气在储层致密前、后均有充注:初次充注发生在储层致密以前,天然气的生成速率和充注强度低,形成"先成藏、后致密"型构造气藏,斜坡带上倾方向发育微构造形态的部位是"甜点"发育的有利区;成藏高峰发生在砂砾岩致密化之后,天然气"连续"充注,形成不受构造控制的、大面积分布的致密气藏,斜坡带下倾方向邻近生烃中心的河道砂砾岩体是"甜点"发育的有利区.沙河子组砂砾岩储层致密与天然气充注关系综合分析认为,沙河子组主体为"先致密、后成藏",局部为"先成藏、后致密".      

安哥拉罗安达湿陷性砂的载荷试验研究

安哥拉罗安达广泛分布的湿陷性砂（Quelo砂）,是一种对水十分敏感的特殊砂土,具有浸水后强度降低,并产生湿陷变形的特殊性质,由于缺乏相应的资料和工程经验,其湿陷程度和承载特性是评价的难点。本文通过天然和浸水饱和条件下的载荷试验,实测和研究了罗安达Quelo砂的湿陷变形特点和不同条件下的承载力特征。试验研究结果显示,罗安达Quelo砂是一种湿陷程度为轻微—中等的湿陷性土;Quelo砂的承载力对水分异常敏感,地基土含水率的微小变化即可导致承载力数倍的降低,且饱和后的承载力较小,试验场地浸水饱和后的地基承载力深度修正系数可取1.07。试验表明,在工程实践中考虑地基土含水率变化对地基承载力的影响,不采用消除地基全部湿陷量或部分湿陷量的方法,而将红砂地基当做一般地基进行设计是可行的。     

上海砂性软土地层水平定向钻进泥浆性能调控技术

上海地区水平定向钻进铺管（HDD）钻遇不易成孔的砂性软土的概率甚高,这种地层对泥浆性能有特殊要求。但目前普遍使用的复配型增效商品土粉基调相近,难以就大量工程个案恰如其分地发挥关键功效。为此,论述了该类工程环境下泥浆性能设计要点,分析了材料添配的作用机理,重点给出了泥浆密度、粘度、切力以及失水量等参数调控的宜于实用的若干配材技术,以提供相类似工程条件下泥浆运用的可参考方法。     

六种成膜封堵剂的室内实验优选与评价

为更好地服务深部钻探工程,准确了解冲洗液封堵性能,对6种成膜封堵剂开展了砂床实验、API静失水量实验、流变性能实验及抗温实验等室内实验进行优选与评价。实验结果表明,2号和4号成膜封堵剂在6种成膜封堵剂中封堵性能最好,它们在基浆中的最优加量均为2%,100 ℃温度条件下加入这2种封堵剂的冲洗液具有较好的抗温性能;冲洗液中膨润土含量和处理剂是影响冲洗液封堵性能的2个重要因素：膨润土含量越高,冲洗液封堵性能越好,加入聚合物、降滤失剂等处理剂可以提高冲洗液的封堵性能。砂床实验是评价冲洗液封堵性能好坏的重要依据。     

钙质砂颗粒破碎对临界状态影响的试验研究

钙质砂的颗粒易碎性是造成其变形和强度特性不同于石英砂的重要性质。本文基于临界状态理论,通过一系列试验定量地描述钙质砂临界状态线随颗粒破碎的演化规律。本文试验分两个阶段进行:第1阶段研究了60~2000 kPa围压条件下钙质砂的力学特性和颗粒破碎特征;第2阶段以不同破碎率的试样为母本重塑制样,在100~300 kPa围压条件下,剪切至破碎临界状态线。试验结果表明:在较小围压(<300 kPa)条件下,松砂和密砂均表现出明显的剪胀和应变软化特性;而高围压(>1 MPa)条件下,显著的颗粒破碎会造成试样的持续剪缩;颗粒破碎存在明显围压阈值,对于松砂而言,在围压小于300 kPa条件下,颗粒基本不发生破碎;在e-lg p'平面内,破碎临界状态线的截距Δe_Γ和斜率λ_c均会随着修正相对破碎率B_r*的增大而减小,即颗粒破碎会使临界状态线发生下移和逆时针转动;而在q-p'平面内,钙质砂的临界状态点落在同一条直线上,即存在唯一的临界状态应力比M_cr和临界摩擦角φ_cr。     

青藏高原—沙漠的陆—气耦合及对干旱影响的进展及其关键科学问题

作为世界第三极的青藏高原,是对全球天气气候影响最为显著的自然地貌之一.其巨大陆表深入对流层中部,热力效应直接作用于大气,不但形成了亚洲气候格局,甚至会导致北半球乃至全球气候变异.在青藏高原北部分布着北半球中纬度面积最大的沙漠群,与包括青藏高原在内的其他下垫面相比,沙漠具有地表反照率大、土壤热容量小、含水量低等特点,是地球系统中重要的感热源,同样对全球和区域能量平衡及气候变化和变异具有重要作用.青藏高原及其北部广阔沙漠区域——两种重要的陆地系统组成了全球独有的共生地理单元,它们之间的陆—气耦合必定通过某种过程相互关联.干旱是全球常见且危害极为严重的自然灾害,中国是全球干旱发生最为频繁的国家之一,特别是在中国北方,在气候变化大背景下,干旱也呈多发、加重的趋势.干旱成因复杂,始终是国内外相关领域研究的难点和热点.那么,从高原—沙漠共生地理单元的陆—气耦合过程出发,通过何种机制作用于我国北方干旱的形成和演变?这是一个值得探究的前沿论题.梳理了近年来青藏高原大气科学研究和包括沙漠地区的干旱半干旱陆面过程研究的最新进展,从中凝练出青藏高原和北部沙漠之间的陆—气耦合过程对我国干旱影响研究的关键科学问题,以期对开展相关探索的科技工作者有所帮助.     

钙质砂一维压缩回弹过程中声发射特征试验研究

为了揭示钙质砂在一维压缩回弹作用下的压缩变形、颗粒破碎特性以及声发射规律,对钙质砂进行了3种相对密实度下不同粒组的一维压缩回弹实验和声发射实验。通过对不同粒组、不同相对密实度的钙质砂进行一维压缩实验和同步的声发射实时监测,获得其压缩、回弹和声发射特性,最后通过筛分获得实验后的颗粒粒径分布,得出相对破碎势B_r。实验结果表明:钙质砂的压缩变形由颗粒位置调整和破碎两部分组成,其中颗粒破碎是产生压缩变形的主要因素,回弹曲线近似一条直线,表明压缩变形为不可恢复的塑形变形;压力相同时颗粒粒径越大,相对破碎势B_r越大。颗粒形状不同致使颗粒间填充作用与嵌合作用不同,影响颗粒的滑移与重排列,进而影响颗粒的压缩变形。两种砂的声发射计数率随粒径增大而增大,且都集中出现在800~3200 kPa的压缩阶段,钙质砂的压缩变形及破碎特性与其声发射特征具有一致性,钙质砂声发射计数率与时间关系曲线和应力与时间关系曲线吻合较好,可通过声发射计数率与时间关系曲线来反映钙质砂的力学特性。钙质砂存在一个声发射事件最少的“临界孔隙比”,本次实验中1~2 mm钙质砂临界孔隙比为1.33~1.41,试样的初始孔隙比偏离该临界值时,声发射活动会有不同程度提高。