宝兰客专第三系泥岩物性参数与力学特性研究

研究目的:膨胀性地层中隧道施工是一个较难的工程问题,本文以宝兰客专北二十里铺隧道的膨胀性及地下水情况测试为基础,对泥岩膨胀特性等展开深入的研究,有利于明确泥岩膨胀对隧道内轨道变形的影响,完善隧道设计理论。研究结论:(1)第三系泥岩具有弱膨胀性;(2)膨胀岩的弹性模量和单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗压强度在浸水后都呈现出明显的降低,随着浸泡时间的增加,各强度降低的速率逐渐下降;(3)单轴压缩试验表明,平均单轴抗压强度由29.18 MPa减少为4.65 MPa,衰减了84%,平均弹性模量由2.32 GPa减小为0.85 GPa,减小了63%;巴西劈裂试验表明,膨胀岩的平均抗拉强度由2.66 MPa减少为0.36 MPa,衰减了86.5%;三轴压缩试验表明,随着浸水时间的不断增加,膨胀岩的内聚力出现大幅的降低,尤其是在浸水初期下降迅速,由5.82 MPa降至1.34 MPa,减小了77%,膨胀岩的内摩擦角虽有所降低,但下降幅度不大,浸水15 d内总共降低4.07%;(4)本研究成果可为类似膨胀性泥岩铁路隧道设计提供参考。

膨胀性泥岩铁路隧道变形机理与仰拱底鼓控制技术研究

为揭示膨胀性泥岩铁路隧道仰拱底鼓变形机理并提出对应控制措施,以西(宁)至成(都)铁路膨胀性泥岩隧道为背景,采用室内试验、数值模拟、案例调研等方法开展研究。结果发现:膨胀性泥岩在浸水后物理力学参数明显降低,随着浸水时间增加,降低速率逐渐减小,其膨胀系数为4.8%;FLAC3D中的应变软化模型通过湿度应力场与温度应力场的转化能较好模拟膨胀性泥岩浸水后的参数衰减效应,当初始含水率分别为5%、15%、25%时,膨胀力试验结果分别为37.84,123.90,189.06kPa;随着水位上升,隧周孔隙水压力逐渐增大,当地下水位分别为Z=-5 m、Z=0 m、Z=5 m、Z=10 m、Z=15 m、Z=30 m时,隧周最大孔隙水压力分别为0,100,125,200,250,350 kPa,仰拱底部随软化系数的增加由沉降逐渐变为隆起,隧底围岩软化及上部挤压造成的剪切破坏是仰拱底鼓的最大诱因;随着仰拱矢跨比增加,二次衬砌弯矩减小,拱底和墙脚位置二次衬砌弯矩减小值较大,因此仰拱底部受力得到优化;适当提高仰拱矢跨比,采用全环钢架+钢筋混凝土衬砌、加强基底排水、采用基底换填或管桩加固等措施是膨胀性泥岩铁路隧道设计关键。

泥岩地层盾构渣土改良技术研究

依托成都轨道交通资阳线盾构工程穿越泥岩地层进行盾构防泥饼渣土改良方案研究和大量实践,分析了泥饼的形成过程和影响因素,并结合泥岩地层特性,提出了合理的渣土改良方案,包括用取改良材料、开展渣土改良试验、确定改良参数的范围,并根据现场实际情况进行修正,指出实施安全质量控制要点和掘进控制措施,可以有效预防盾构泥饼对掘进施工产生的负面影响。

赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能及评价方法

路面半刚性基层具有强度高、稳定性好等优点,但在强度形成及后期服役过程中由于内部相对湿度和温度变化会产生收缩应力,当收缩应力超过胶凝材料自身胶结力时,基层会发生干燥收缩裂缝和温度收缩裂缝.作为一种新型路面基层材料,赤泥基胶凝材料可100%代替水泥用于道路基层建设,然而赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能的经时演化规律尚不明确.因此,本文以赤泥基胶凝材料稳定碎石干燥收缩、温度收缩性能为研究对象,探究赤泥基胶凝材料掺量、养生龄期等因素对收缩性能的影响规律并运用灰色关联度确定了干缩抗裂性能指标、温缩抗裂性能指标与最大干缩应变、温缩应变的相关性.试验结果表明赤泥基胶凝材料稳定碎石的干缩应变、温缩应变随胶凝材料掺量的增加先降低后升高且干缩应变、温缩应变增长速率随养生龄期的延长逐渐减小,基于灰色关联度分析法确定了干缩抗裂性指数和温缩系数为赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能的最优评级指标,确定了赤泥胶凝材料掺量为7%时,赤泥基胶凝材料稳定碎石抗裂性能最优.

盾构排浆管道内块石流速分析与沉积临界泥浆流速公式推导

为了明晰排浆管道内各种块石的流速情况,探讨块石沉积形成的管道堵塞和泥浆流速的关系,首先,根据流体力学基本方程推导出泥浆液动力计算式;然后,从运动力学角度对水平、斜向上、斜向下、垂直向上管道内的石块取最难排出的状态进行受力分析;最后,对不同形状、不同粒径石块,在不同倾斜角度的泥浆通道内随泥浆流动,达到受力平衡时和泥浆流速差值计算公式进行推导,进而分析推导出各种块石沉积临界泥浆流速计算公式,并设定工程数据试算。得出以下结论:1)不同尺寸、不同形状、不同密度的块石在不同倾角排浆管道内差速流动、流动速度自动分级、沉积临界泥浆流速不同;2)密度小、体积小的块石运动速度快、沉积临界泥浆流速小;3)相同重量、密度的块石,球形的运动速度最快、沉积临界泥浆流速最小,正方体形的次之,长条形的运动速度最慢、沉积临界泥浆流速最大,长径比越大流速越慢、沉积临界泥浆流速越大;4)同一块石,在向下管道流速最快、沉积临界泥浆流速最小,水平管道次之,在垂直上升管道流速最小、沉积临界泥浆流速最大。重点控制始发井和地面垂直向上管道内的泥浆流速至关重要。通过计算以适用经济的泥浆流速来预防排泥管道堵塞。

膨胀性泥岩应力-应变关系的试验研究

通过应变控制式固结不排水三轴试验,测定并分析了膨胀性泥岩的应力-应变关系以及强度变化特性,结果表明,膨胀性泥岩的应力-应变曲线呈应变软化型,泥岩中的裂隙结构面等是影响泥岩强度的重要因素,说明了膨胀性泥岩不同的破坏模式对应着不同的应力-应变曲线;还说明了峰值强度、残余强度以及残余强度比是随围压的变化而变化的;孔隙水压力变化分为3个阶段。通过控制不同的剪切速率的固结不排水三轴试验,研究和分析了应变率对应力-应变关系、强度变化特性以及孔隙水压力的变化。

岩性差异变化对断层带结构影响的物理模拟

采用分解和统计相结合的实验原则,逐步考察了影响断层带结构变化的地层因素。通过对砂、泥岩力学性质及含量进行变换,模拟砂、泥岩地层中可能形成的断层带结构。实验结果表明：泥岩泊松比、泥岩含量是影响断层带结构及其内部单元规模的2个重要因素。单一的砂岩泊松比并不直接影响断层带结构类型,其原因可能是因为实验中的砂岩主要表现为脆性变形的结果;但砂岩含量是影响断层带结构类型的重要因素。在泥岩含量一定的情况下,砂岩泊松比的变化影响断层带的宽度,且两者比值在1～1.33之间时断层带发育二元结构;砂岩泊松比低于0.28、泥岩泊松比低于0.34时,断层带形成疏松的一元型结构;当砂岩泊松比高于0.35、泥岩泊松比高于0.38时,断层带为紧闭的一元型滑动面。

青海西宁大通县韩家山泥岩质多级旋转型滑坡形成机制研究

青海大通县韩家山滑坡是西宁盆地最危险性的滑坡之一。为分析该滑坡的形成机制,论文基于高精度的地形数据开展变形形式、平面堆积特征的调查;结合连续取芯钻探数据,重建了滑体结构;为定量获得滑动带力学性质的变化过程,进行了滑体与原岩物质成分、水理性质、应力应变性质的物理化学测试,讨论了多级滑动剪切面的形成机制。分析表明：（1）滑体内不存在软弱地层,为近似均质地层。滑体为单一的新近系红色泥岩夹石膏层,不具层理,不含大于0.25 mm碎屑颗粒。泥岩内粘土矿物含量在29.7%-46.3%之间,碳酸钙含量在9.84%-11.58%之间。岩体内含形态不一、大小不一的石膏结核;（2）泥岩粘粒含量高,水敏性与粘滞性强。泥岩干燥饱和吸水率最低为26.31%,最高为42.12%。泥岩样品环剪试验呈应变软化型,随着含水率的增大,强度急剧降低。滑体快速滑动过程中,非饱和的滑带土受粘性物质、孔隙性的影响,产生强吸力;（3）滑体以旋转变形破坏为主,斜坡受河流侧向侵蚀影响,滑床附近的岩土体渐进性破坏,出现多级滑动现象。

渤南洼陷沙三下亚段泥页岩储集空间研究:以罗69井为例

济阳坳陷渤南洼陷沙三下亚段泥页岩厚度大、分布广,主要发育了深灰色泥岩、灰质泥岩、油泥岩、泥质灰岩和黄褐色—灰褐色油页岩。泥页岩的有机碳含量高,最高可达9.0%;生烃潜量高,最高可达82.6mg/g;演化程度高,最高可达3.0%;该区泥页岩既是良好的烃源岩,也是页岩油气赋存的有利场所。为研究该区沙三下亚段页岩油气储集空间,文中通过岩心观察、偏光显微镜、扫描电镜等手段,认为研究区泥页岩储集空间中裂缝包括构造裂缝、层间微裂缝、超压破裂缝;空隙主要为微孔隙,包括黄铁矿晶间孔、粘土矿物晶间孔、方解石晶间孔。总体上来讲,储集空间以构造张裂缝、层间微裂缝、粘土矿物晶间孔及方解石晶间孔为主导。通过对比不同岩相间储集空间的类型与特征,认为沙三下12下、13上砂组纹层状泥质灰岩为储集性能最好的岩相。

无砟轨道路基上拱原因试验研究

对我国西北地区一路基上拱变形较严重的无砟轨道线路调研后,选择6个典型路基上拱工点进行了现场取样与试验,分析地基土与路基填料的膨胀性、易溶盐含量和矿物成分。研究结果表明:泥岩地基遇水膨胀引起了路基上拱;路基上拱变形与地基土、路基填料中易溶盐含量呈正相关;易溶盐侵蚀水泥改良填料形成钙矾石、硅灰石膏的过程也可能引起路基上拱。建议上拱地段的路基采取防水、排水、疏水措施。

藏族民居砌体材料物理力学性能试验研究

选取阿坝藏族自治州理县境内的黄泥与石材,参考国家标准试验方法,进行黄泥与石材物理力学性能试验研究,将试验结果与数值分析结果进行对比。结果表明:黄泥土粒主要由砂粒组成,级配良好;黄泥抗压强度为0.408 MPa,弹性模量为231 MPa,石材抗压强度为67.92 MPa;黄泥砂浆弹性阶段承载力模拟值略高于试验值,但极限承载力基本保持一致,石材弹性阶段与弹塑性阶段模拟值均与试验值保持一致,数值分析结果与试验结果吻合较好。试验研究结果可为砌体材料力学性能数值分析方法提供理论基础。

聚铝胺盐防塌钻井液研究与应用

为解决吉林油田伊通、大安等区块软泥岩和硬脆性泥岩地层坍塌的问题,从聚胺盐与聚铝盐的抑制防塌机理出发,将两者复配,以发挥两者的协同效应提高钻井液的抑制防塌性能,结合吉林油田软泥岩和硬脆性泥岩地层钻井工程实际情况,通过试验优选其他添加剂及加量,优选出了具有强抑制性的聚铝胺盐防塌钻井液配方,其配方为2.0%钠基膨润土+2.0%封堵剂聚铝盐PAC-1+3.0%抑制剂聚胺盐HPA+1.0%降滤失剂SMP-1+1.5%降滤失剂APC-026+2.0%抑制剂磺化沥青+pH值调节剂NaOH。性能评价结果表明:强水敏泥岩在聚铝胺盐防塌钻井液中的一次回收率为75%、膨胀率为17.4%;聚铝胺盐防塌钻井液能抗15%NaCl和1%CaCl2污染,耐150℃高温。14口井的现场应用表明:聚铝胺盐防塌钻井液的抑制性和封堵能力强,能有效防止泥岩坍塌,解决了吉林油田伊通、大安等区块泥岩地层钻井过程中因井壁坍塌和缩径造成的掉块、起下钻遇阻等问题。

某水电站库区泥石流发育特征及其非线性特性研究

通过对某水电站库区内12条主要的泥石流沟从沟道数与流域面积,沟道数与主沟长,沟道数与沟谷坡降关系上研究了库区内泥石流沟发育的非线性特征,并通过其双对数曲线方程得到了各自的分维数,其意义是在对泥石流危险度评判中为各因素权重的求取提供一个定量的手段,并据此可利用非线性技术来解决泥石流灾害研究中的预测及防治等主要问题,为泥石流灾害防治提供新的思路。

砂石质量的差异对混凝土性能及其经济性的影响

通过试验研究了不同细度模数的河砂及不同含泥量的砂石对混凝土性能的影响,并分析砂石质量的差异对混凝土经济性的影响,得出河砂细度模数及砂石含泥量不同对混凝土经济性的影响规律。根据这些规律实现混凝土配合比的优化并指导生产,以有效控制混凝土的质量。

软岩嵌岩桩嵌岩段侧阻力模型试验研究

针对广西地区建筑工程中典型泥岩的基本类型和特点,设计了三组嵌岩桩模型试验.试验表明,嵌岩桩在泥浆浸泡后嵌岩段侧阻力下降,泥浆浸泡时间越长,嵌岩段侧阻力下降越大,泥浆浸泡对嵌岩桩破坏范围也有影响;成桩后随放置时间增长,嵌岩段侧阻力先降后升,认为在软岩地区要重视泥浆对嵌岩段侧阻力的影响.

准平面应变条件下泥砂岩变形局部化的试验研究

自行研制了准平面应变试验装置,利用该装置在不同加载速度和不同含水率条件下对重庆红色泥砂岩的变形局部化进行了试验研究,并利用弹性波方法测定了变形局部化的起动时间。结果表明,在平面应变条件下,泥砂岩的局部化带倾角与加载速率之间存在类对数关系,研究结果也证明了局部化起动时间受加载速度与含水率的影响较大。

乌尔逊凹陷北部苏仁诺尔断裂带在大一段垂向封闭性演化及其研究意义

为了研究乌尔逊凹陷北部苏仁诺尔断裂带在大一段的垂向封闭性演化,在分析其发育及活动特征的基础上,利用断裂面压力和断裂带中泥质含量研究了其垂向封闭性。结果表明,该断裂带在大一段内均垂向封闭,且分布于整个空间。苏仁诺尔断裂带在大一段的垂向封闭性演化分析表明,乌39号断裂和乌76号断裂分别于伊敏组沉积末期和青山岗组沉积早期开始形成垂向封闭性,之后随埋藏深度增加,断裂面压力增大,断裂带垂向封闭性逐渐增强。苏仁诺尔断裂带在大一段内的垂向封闭性有利于油气在南二段的聚集与保存;断裂带的垂向封闭形成时期与烃源岩大量排烃期的匹配关系较好,有利于油气大规模富集成藏。

海南省蒙水岭泥石流成因与运动特征分析

研究目的:即将开通的海南东环铁路及运营中的东线高速公路清水湾段受突发性大型泥石流冲击,泥石流漫过铁路路堤、穿过桥下净空后进一步漫过公路路面并流入南中国海;通过记述泥石流的成灾过程,结合地质调查、航拍、勘探、测试等手段,分析流源区巨型滑坡的成因、滑坡转化为泥石流的机理、泥石流的径流和堆积特点。研究结论:(1)流源区巨型滑坡的发生表现出极强的突发性以及高位高速运动的特点;(2)风化破碎的花岗岩体和不利的结构面组合是滑坡发生的基本条件;(3)连续强降雨的饱水加载作用以及雨水沿陡倾张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡的直接原因;(4)表现形态:岩土体高速下滑后,迅速解体并与水体充分拌和转化为泥石流,沿途不断铲刮沟床,流体物质和含水量逐渐增大,高速流态化运动近4 km才逐渐停下来;(5)海南东环铁路及东线高速公路位于堆积区的外缘,当泥石流到达时动能已大大减弱,其破坏程度受到了很大限制。