Experimental investigation of Daqing Oilfield mudstone's creep characteristic under different water contents

In order to analyze mechanism of casing damage,the uniaxial compression experiment and creep experiment of interbedded mudstone samples from Sanan development area of Daqing Oilfield under different water contents were carried out.The changes of the mudstone's mechanical parameters and creep characteristics with the increment of water saturation were studied.The results indicate that the rock strength and elastic modulus decrease rapidly with the increment of water content,at the same time,the creep strain and creep strain rate of steady state increase with the increment of water content,and also the steady state creep strain rate is enhanced with the increment of deviatoric stress.Through the creep characteristic curves,a non-linear creep constitutive equation of mudstone considering the change of water contents is established,which will be used in future numerical analysis.

Creep Property of Solidifying Backfill Body of High-Water Material

On the basis of the creep test of bigh-water materisl solidifying backfill body(abb. HW body), This paper discusses its creep properties- The visco-elasto-plastic model, which shows the creep properties of HW body, is developed, and the creep contitutive equations are deduced. The visco-elastoplastic model is proved by the experiments and practice.

深井高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理研究

以赵楼煤矿七采区南部水仓联络巷冲击显现为背景,采用理论分析、数值模拟、现场实测等方法,研究了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击地压机理。浸水孤立煤体承载应力主要呈现从“双峰”形到“马鞍”形再到“平台”形最后到“单峰”形的蠕变演化规律;基于burgers模型,引入了含水损伤变量,建立了孤立煤体弹性区集中应力估算力学模型,揭示了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击机理:孤立煤体在水仓积水的不断弱化作用下,强度逐渐降低直至残余强度,其承载能力也随之下降,导致应力集中由塑性区向弹性区转移,当弹性区承载集中应力超过其失稳阈值时,容易诱发冲击地压;提出了高应力浸水孤立煤体蠕变失稳型冲击的防治对策:降低孤立煤体平均承载应力,增加孤立煤体综合抗压强度,必要时针对孤立煤体附近的巷道进行充填处理。

隐伏非贯通软弱夹层岩质边坡剪切蠕变特征及稳定性研究

针对隐伏非贯通软弱夹层岩质边坡滑移机理复杂这一关键科学问题。设计一种隐伏非贯通软弱夹层缩尺制备方法,开展考虑夹层埋深、岩层倾角、含水率因素影响下岩体剪切蠕变特性试验。引入多参数岩体渐变损伤变量,分阶段建立剪切蠕变损伤本构模型,并通过相似模拟试验验证模型的合理性,分析此类边坡的稳定性。研究表明:(1)隐伏非贯通含软弱夹层岩体随夹层埋深增加、倾角减小、含水率减小而稳定性升高,反之稳定性降低,且夹层含水率对岩体稳定性影响最大,埋深影响相对较小;(2)考虑多参数渐变损伤本构模型能够反映隐伏非贯通软弱夹层岩体剪切蠕变全过程,且加速蠕变阶段拟合效果优于西原模型;(3)隐伏非贯通软弱夹层缩尺制备方法较为合理,所推剪切蠕变本构模型能够较好拟合边坡蠕变滑移各阶段情况,边坡滑移呈坡脚剪胀、后缘拉裂的整体性滑移,对隐伏非贯通含软弱夹层岩体蠕变滑移具有参考意义。

不同含水状态下煤样蠕变实验研究

通过保持结构完整性浸水装置、X射线衍射仪及电液伺服加载煤岩体三轴蠕变渗流实验平台,实验得到上湾煤矿煤样的饱水曲线、不同含水状态下微观组分变化及蠕变特征。实验结果表明:煤样含水率与浸水时间呈负指数函数关系,含水率变化可分为加速增长、减速增长及稳定3个阶段;1次饱和过程中,随着含水率增加,煤样石英含量几乎保持不变,而高岭石等黏土矿物含量在这一过程中减少较多;干湿循环过程中,煤样石英含量衰减与循环次数成正比;随着含水率及干湿循环次数增加,煤样进入稳态蠕变及加速蠕变所需轴向荷载降低。

油田注水用自启式管柱蠕动补偿装置研制

油田注水过程中,注水管柱在下入、坐封、注水、停注等工况下切换,会受压力、温度变化的影响,导致其在不同状态下的管柱形变量不同,进而造成管柱频繁蠕动,对锚定器、封隔器等井下工具产生轴向力,影响管柱的长效密封。目前,常用的补偿器为液压启动的方式,下入时因压力激动或封隔器坐封,会出现提前启动的情况。因此,文章研制自启式高温管柱蠕动补偿器,锁定机构采用可溶材料,通过可溶锁块的自溶解特性来启动补偿功能,使其不易受到油管内压力变化的影响,同时采用石墨密封,有效解决了高压动密封问题。

抽水蓄能电站蚀变岩力学特征及工程性能研究

蚀变岩体的存在对抽水蓄能电站工程岩体的稳定性有重要影响。通过室内压缩试验、剪切试验、蠕变试验、渗透试验及现场饱和剪切试验、干湿循环剪切试验等手段,分析了不同蚀变程度岩体力学特征。试验结果表明:强蚀变、弱蚀变、微蚀变岩体饱和抗压强度平均值分别为为0.2、37.9、71.8 MPa,其工程性状分别和残坡积风化物、强风化、弱风化等岩体相似;弱蚀变岩体由于矿物颗粒较粗,其内摩擦角43.10°~46.55°,比微蚀变内摩擦角39.2°~42.8°,有一定程度的增加;在抗渗透变形破坏方面,强蚀变岩体重塑样的临界渗透破坏坡降在5.356~9.773,具有碎石、砂土等渗透变形破坏特征;强蚀变岩体具有蠕变效应,强度随时间存在降低;强蚀变岩体水理化特征较明显,干湿循环后,抗剪强度出现降低0%~6%。基于蚀变岩体工程力学性能特征,建立了蚀变岩体的工程性能分级量化指标,研究成果对工程处置具有较好的指导意义。

含水排土场蠕变特性及长期强度研究

为揭示排土场岩土体蠕变特性及长期强度,采用ZLB-1型三联蠕变直剪蠕变仪,以分级加载形式开展一系列试验,研究不同含水率和固结压力下,岩土体蠕变特性及长期强度变化规律。试验结果表明:15%~39.2%(饱和)含水率范围内,排土场岩土体显示为非线性蠕变,且随着剪应力增加,蠕变曲线分别呈现衰减蠕变、非稳定蠕变及加速蠕变,直至试样发生破坏;施加剪应力瞬间发生较大瞬时应变,并随剪应力增加而变大;长期强度指标与含水率呈现指数递减趋势;对比15%含水率试样,饱和含水率下排土场岩土体长期强度指标中黏聚力降低66%,内摩擦角降低69%,其变化规律满足指数拟合公式。研究成果可为同类型含水排土场稳定性计算提供基础数据。

200 mm厚度加氢反应器用特厚板12Cr2Mo1VR(H)的开发

介绍了加氢反应器特厚板12Cr2Mo1VR(H)钢的成分设计、冶炼、浇铸和轧制工艺,利用JMatPro软件计算热扩散率、热容量、钢板导热能力等重要相变参数,并分析了热处理制度对其组织、回火脆化性能、高温持久与蠕变性能的影响。生产过程中通过调整Cr、Mo(Mn)和V含量,控制各组织的形态和分布,促进晶内铁素体形核,利用洁净钢冶炼技术将有害元素控制在较低水平,减少有害元素晶界偏聚产生的回火脆化现象,利用水冷模浇铸技术和控制轧制技术控制原始晶粒度,性能检测结果显示,12Cr2Mo1VR(H)钢的抗回火脆化温度达到-51℃,钢板经模拟热循环后X向、Y向、Z向的三个位置拉伸性能差异范围在15 MPa以内,厚度截面表层、厚度1/4、厚度1/2、厚度3/4位置冲击功均达到280 J以上,无较大的位置趋向差异,在540℃温度下,加载力为210 MPa时,持续1 010 h未断裂,高温蠕变弹性伸长率为0.147 5%,总塑性伸长率1.454 5%。

A new shear rheological model for a soft interlayer with varying water content

The rheological behavior of a soft interlayer is critical to understanding slope stability, which is closely related to the water content of the soft interlayer. This study used the soft interlayer of the Permian Maokou Formation in Southwest China as an example to perform ring shear creep tests with different water content amounts. The effect of water content on the creep properties of the soft interlayer was analyzed, and a new shear rheological model was established. This research produced several findings. First, the ring shear creep deformation of the soft interlayer samples varied with the water content and the maximum instantaneous shear strain increment occurred near the saturated water content. As the water content increased, the cumulative creep increment of the samples increased. Second, the water content significantly affected the long-term strength of the soft interlayer, which decreased with the increase of water content, exhibiting a negative linear correlation. Third, a constitutive equation for the new rheological model was derived, and through fitting of the ring shear creep test data, the validity and applicability of the constitutive equation were proven. This study has developed an important foundation for studying the long-term deformation characteristics of a soft interlayer with varying water content.

万福煤矿不同含水率砂岩蠕变力学特性试验研究

为研究深部巷道围岩在地下水作用下的长期蠕变力学特性,采用自主研制的深部软岩五联流变试验系统,开展不同含水率(0%、0.8%、1.6%、2.4%、3.3%)下砂岩吸水软化单轴压缩试验及单轴蠕变试验。通过试验结果研究表明:砂岩的单轴抗压强度、弹性模量和蠕变破坏应力与含水率呈指数下降关系,蠕变破坏应力与单轴抗压强度的比值在0.76~0.84之间;砂岩衰减蠕变阶段时间随着含水率的增加而减少,随应力水平的增加而增加。径向应变比轴向应变先进入稳态蠕变阶段,破坏应力下径向应变的加速蠕变阶段开始时间要先于轴向应变;基于稳态蠕变速率曲线确定了砂岩的长期强度,径向稳态蠕变速率确定的值略小于轴向,长期强度与含水率之间满足负指数关系;将蠕变试验中径向应变与轴向应变之比定义为μc,提出了基于μc值的岩石长期强度确定方法且μc值与含水率无关,对于本次砂岩样品可以认为μc值大于0.3时样品会在一定时间内发生加速蠕变破坏;随着含水率的增加,样品破坏形态由单斜面剪切破坏逐渐演变至X状共轭斜面剪切破坏。研究结果为地下水作用下巷道长期稳定性分析及巷道蠕变破坏的提前预报提供可靠的理论依据。

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象,通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验,分析其蠕变特性,分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度;此外,基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明:干湿循环会造成土体承载能力降低,蠕变变形增大,达到稳定的时间变长,且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大;偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形,衰减蠕变和稳定蠕变阶段,中应力下和高应力下经历瞬时变形,衰减蠕变和等速蠕变阶段;Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土,且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域,应加强对该区域的防护。

弱胶结断层岩体蠕变–冲蚀耦合突水模型

为研究弱胶结断层岩体突水灾变过程的时空演化特征,构建了弱胶结断层岩体蠕变-冲蚀耦合突水模型。该模型拓展了连续等效介质渗流理论,分别建立了弱胶结断层岩体的蠕变子模型和冲蚀子模型,其中所建立蠕变子模型充分考虑物质间质量转化、应力-应变及应变-孔隙率之间关系;所建立冲蚀子模型充分考虑了物质质量守恒、颗粒迁移及非Darcy流动规律。根据质量守恒方程叠加原理及孔隙率-有效应力、孔隙率-蠕变材料系数、蠕变应变-孔隙率-渗透率3组影响关系实现了子模型间的耦合,并给出了一维径向渗流方向耦合模型的控制方程。设定了突水模型的定解条件,并基于COMSOL Multiphysics计算软件构建了模型在空间和时间域的数值解算方法。通过比较室内试验及模型计算的孔隙率演化结果,验证了该模型的有效性。在此基础上,求解并分析了突水过程中巷道弱胶结围岩蠕变-冲蚀特征的时空演化规律。模型计算结果表明,对于蠕变演化特征,随着时间增长,有效应力下降,蠕变应变增加,试样出现加速蠕变特征;有效应力和蠕变应变空间分布的非均匀性特征随蠕变-冲蚀耦合进程显著加强。对于冲蚀演化特征,蠕变-冲蚀耦合进程初期细小岩石颗粒在渗水作用下不断迁移流出,液化颗粒体积分数增加,渗透率和流速不断增长,弱胶结岩体内部不断形成新的导水通道,后因蠕变效应逐渐增强,冲蚀效应有所减弱,并最终陷入停滞状态;越靠近巷道内壁,冲蚀效应越强,冲蚀效应停滞后孔隙率和渗透率的空间分布呈现出明显的非均匀特征,水压空间分布在蠕变-冲蚀耦合进程中呈现出非线性-线性-非线性的变化趋势。

基于平行黏结模型的水-岩作用下砂岩蠕变模拟及损伤机制研究

为探明库水位周期性升降作用下消落带岩体蠕变损伤机制,基于PFC中的平行黏结模型(parallel bond model,PBM),考虑水-岩作用对黏结的弱化和材料特性随时间的变化,提出水-岩作用下砂岩蠕变的离散元模拟方法,并在室内试验基础上开展水-岩作用下砂岩蠕变模拟。研究结果表明:在破坏应力水平下,试样微裂纹扩展与蠕变应变规律相似,可分为衰减扩展阶段、稳定扩展阶段、加速扩展阶段,且随水-岩作用周期增加,加速扩展阶段的耗时占总耗时的比例增大;试样蠕变破坏时,随水-岩作用周期增加,剪切裂纹占比逐渐增加,微裂纹倾角分布逐渐分散,倾角分布在65°和115°附近的微裂纹逐渐增加,试样的张性破坏减弱,剪性破坏增强;水-岩作用下,试样能储存的最大胶结能不断降低,且储存相同胶结能时对应的应变不断增大,与实际岸坡在水-岩作用下岩体整体承载能力降低、变形增大的规律一致。提出的水-岩作用下砂岩蠕变模拟方法具有较好的可行性,为库岸边坡岩石在库水位升降影响下的模型研究提供理论基础。

细观尺度下水工混凝土水中拉压徐变试验数值反馈

针对目前尚缺少从细观尺度研究水工混凝土水中徐变特性的问题,通过建立骨料—砂浆—过渡层的混凝土试件细观有限元模型,基于水工混凝土水中拉伸、压缩徐变试验数据,采用正交设计—神经网络—细观有限元计算相结合的方法,反演了水工混凝土试件细观尺度下砂浆的拉伸、压缩徐变度,最后对比分析了水工混凝土和砂浆拉伸、压缩徐变度的关系。结果表明,水工混凝土水中状态与密封状态下拉压徐变度变化规律相似;不论拉伸徐变还是压缩徐变,砂浆水中徐变度约为水工混凝土水中徐变度的2.4倍。

基于修正Burgers模型的泥岩层套管形变影响因素分析

地层含水饱和度的变化对于泥岩储层的蠕变特性有较大影响,尤其是注采过程中泥岩段套管产生形变从而导致套管损坏。本文在Burgers模型基础上加入含水饱和度元件,提高了瞬时蠕变阶段模型的精度,同时对实际油田某泥岩区块进行了比对,得出随含水饱和度增加,地层蠕变量增大,且瞬时蠕变阶段时间减小的结论,同时在蠕变条件下套管壁厚、水泥环弹性模量、地层含水饱和度均可大幅度影响套管变形,而套管尺寸对套管变形几乎无影响。本研究成果能够更加准确地计算地层不同含水量条件下泥岩蠕变的套管变形,对井筒的破坏进行有效的预防及控制。

含水层状页岩的蠕变行为

本文对含水层状页岩进行了单轴蠕变试验,研究了含水率和层理倾角对其蠕变性质的影响,构建了含水率和层理倾角与瞬时弹性模量和瞬时蠕变速率的关系。将含水率和层理倾角的影响引入Burgers蠕变模型的蠕变参数中,构建了能够反映页岩层理和含水率的蠕变模型。基于矿物成分分析解释了水岩相互作用导致的蠕变性质变化的微观机制。结果表明,层理倾角较高的页岩具有较高的瞬时弹性模量和较低的瞬时蠕变速率;含水率越高,瞬时弹性模量越低,瞬时蠕变率越高。

氧化石墨烯对沥青混合料力学特性的影响研究

为探究氧化石墨烯(GO)对热拌沥青混合料(HMA)力学特性的影响,本文将不同质量的GO加入沥青胶结料,得到不同GO掺量(0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%)的改性沥青胶结料,测试并比较不同GO掺量的改性沥青胶结料性能,然后对基质沥青混合料和不同GO掺量(1%、1.5%和2%)的改性沥青混合料进行室内试验。研究结果表明:GO显著提升了沥青混合料的抗压回弹模量;随着GO掺量的增加,沥青混合料的永久变形明显减小;GO的加入提高了沥青混合料的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比,有利于沥青混合料的水稳定性;掺入GO能优化沥青混合料的抗裂性能,且抗裂性能随着GO掺量的增加而逐渐提升。

上海淤泥质黏土固结蠕变过程中结合水与微结构的变化

为深入了解软土蠕变机制,开展了上海淤泥质黏土的一维固结蠕变试验、结合水测试试验和扫描电镜(SEM)试验,定量分析了固结蠕变过程中结合水和微结构的分阶段变化规律。结果表明:p<σ_k时主要是自由水的排出,宏观表现为衰减蠕变过程;p>σ_k后,渗透结合水逐渐转化为自由水排出,蠕变变形和等速蠕变率明显增大。蠕变过程由渗透结合水主导,随着结合水排出土的结构逐渐固化,含水率随荷载增加呈指数型衰减,存在固结-蠕变耦合效应。松散的骨架-絮凝结构演变为紧密的团聚-絮凝结构,颗粒在经历了蠕变调整之后定向性降低,小孔隙数量大量增加,孔径<1μm的小孔隙组占优。存在荷载、结合水与颗粒的响应机制,其结果可以较好地解释工程现象。

隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层N_2红土工程地质研究

西北干旱-半干旱区浅表层水(河流湖泊水、沟谷径流水、第四系砂层潜水等),是维系区域生态地质环境(生态层)的珍贵水源,是煤层开采水资源保护的主体。根据区域浅表层水含隔水层地质结构,西北煤田煤层覆岩之上广泛分布新近系N_2红土,为浅表层水底部的直接隔水层或沟谷径流的下垫层,对区域保水采煤、生态环境保护,起到至关重要的作用,是关键隔水层。在分析N_2红土区域分布特征、基本物理-水理-力学性基础上,采用N_2红土采动破裂钻孔原位压水试验、蠕变渗透性测试、水-土相互作用试验等,对N_2红土不同程度采动破裂前后及其采后应力恢复蠕变的隔水性能变化特征进行了深入研究分析,发现N_2红土隔水性能受采动破坏后,具有很好的自我恢复功能,并从其地质结构组成、水-土相互作用及其流变特性方面,解释了隔水性自然恢复机理;由此提出隔水层再造及其应具备的主要工程地质属性。