沙特西海岸珊瑚礁岩地质PHC管桩施工技术

沙特红海开发项目拥有众多珊瑚岛礁,乌玛哈特岛水上建筑物采用了PHC桩基础。论文介绍了珊瑚礁岩地质条件下运用液压冲击锤进行PHC管桩沉桩的施工技术,解决了该项目施工中遇到的特殊问题,积累了特殊地层条件下PHC管桩施工的经验,为后续PHC管桩在沙特地区的推广应用提供参考。

珊瑚礁岩的磁性初步研究

南沙群岛南永１井珊瑚礁岩的磁性测量结果表明，珊瑚礁岩的磁化率（Ｘ）为负值，属抗磁性物质，但它有较稳定的剩余磁化强度（Ｍｒ），而且它的ＮＲＭ（天然剩余磁化强度）近似对数正态分布，其值大部分分布在（０．８－１．６）×１０（－４）Ａ·ｍ（－１）区间内。进一步研究发现珊瑚在生长过程中，富铁细菌及水介质等可以在珊瑚礁孔隙中留下铁磁性物质；另一方面，珊瑚在生长时也可能吸收铁离子，变成珊瑚礁骨骼的一部分。因此，珊瑚礁岩具有铁磁性，在古地磁场作用下，产生弱剩磁。

影响疏浚珊瑚礁岩抗剪强度的关键因素

依据疏浚工程珊瑚礁岩的物理力学试验资料,应用珊瑚礁沉积原理和结构特征理论知识,将疏浚珊瑚礁岩分为3类:管状珊瑚礁岩、蜂窝状珊瑚礁岩和致密状珊瑚礁岩。从珊瑚礁岩的特性角度出发,分析了礁岩类别、颗粒成分和破坏应变率对抗剪强度的影响及规律。结果表明:1)粘聚力c和内摩擦角φ均具有无填充管状珊瑚礁<填充珊瑚砂粒蜂窝状珊瑚礁<填充钙质胶结方解石致密状珊瑚礁的特点。2)内摩擦角φ值与粒径大于5 mm的含量值相关性最好,回归系数为0.862。3)c和φ值随轴向应变的增加而迅速增加,抗剪强度达到峰值,所需应变率为0.018%~0.082%,都为脆性破坏,呈现剪切、劈裂和沿裂隙破坏3种形式。

珊瑚礁岩含水率对疏浚施工挖掘力学指标的影响

针对珊瑚礁岩疏浚工程中挖掘困难的问题,基于大量疏浚珊瑚礁的土工试验资料,对珊瑚礁岩力学指标进行分析。结果表明:1)疏浚珊瑚礁岩具有遇水软化特性,施工时建议分层合理开挖。2)含水率与单轴饱和抗压强度、单轴饱和抗拉强度、变形模量经验关系式的回归系数均在0.691以上,相关性较高。3)水对珊瑚礁岩的力学性质有重要的影响,主要体现在物理弱化作用和力学作用。

疏浚珊瑚礁岩特性及相互关系分析

基于珊瑚礁岩疏浚工程的土工试验测试数据、地质勘察资料、海洋水动力环境和沉积环境,应用归纳、数理统计和回归分析的方法,对疏浚珊瑚礁岩分布特征、物理力学特性及相互关系进行了研究分析。结果表明:1)抗压强度高和完整性好的珊瑚礁岩主要分布在外礁坪剧烈冲刷带,即为疏浚中常说的挖掘困难的口门地带。2)疏浚珊瑚礁岩具有物理力学指标变化范围大的特点,会给疏浚施工带来困难。3)珊瑚礁岩特性指标之间经验公式的回归系数均在0.699以上,具有较高相关关系。以上研究成果为珊瑚礁岩疏浚工程投标决策、工艺管理和施工管理等提供技术支持,具有较高的实际应用价值。

水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂吹填材料路用性能研究

为实现岛礁公路建设资源集约化,提出采用水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂作为路面基层材料。通过无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量、水稳性、干缩和温缩试验,探究水泥固化稳定珊瑚礁岩、砂吹填材料强度、刚度、水稳性和收缩性等路用性能,为后续岛礁工程建设提供理论依据和数据支持。结果表明:在标养条件下,相同龄期的试样抗压强度和劈裂强度随水泥用量增加而提高,水泥用量相同的试样随龄期增长而提高;抗压强度增长基本符合线性规律。回弹模量随水泥用量增加而提高,但增幅逐渐减小。相同龄期下,试件饱和抗压强度相对于低于标准抗压强度;水泥用量和龄期越大,强度损失率越小,抗软化能力越强,如水泥用量6%试样28 d强度损失率与软化系数是水泥用量3%的93%和101%。试样失水率与干缩应变随龄期与水泥用量增加而增长,如水泥用量6%试样180 d失水率和干缩应变是水泥用量3%的1. 35倍和1. 27倍。温缩试验表明:温缩应变和温缩系数随水泥用量增加而增大,而随温度降低先增大后减小,处于30~45℃温度区间是岛礁公路建设最不利的状态,应尽量避免高温施工。

水泥稳定珊瑚礁岩混合料配合比设计及性能研究

港池疏浚过程中将产生大量的珊瑚礁岩,为降低石料开采对自然环境的影响,提高珊瑚礁岩在道路基层中的应用,该文根据泰勒n法进行珊瑚礁岩混合料级配设计,通过击实试验分析了压实过程对混合料级配的影响,并以破碎率B5对集料破碎程度进行评价;通过测定混合料无侧限抗压强度、劈裂强度、干燥收缩、温度收缩,对水泥稳定珊瑚礁岩混合料的路用性能进行研究。结果表明:压实过程会导致集料颗粒破碎,且破碎程度与混合料粗集料含量成正比;混合料抗压强度和劈裂强度与粗颗粒含量及水泥掺量成正比关系,为满足基层材料强度要求,珊瑚礁岩混合料中粗颗粒含量不宜小于50%,且水泥掺量应不小于4%;水泥稳定珊瑚礁岩混合料前期失水率较大导致收缩变形较为明显,收缩应变随混合料中粗集料含量增加而降低;混合料温缩应变与粗集料含量成反比关系,且在温度为50~40℃时混合料的温缩变形较大,施工过程中应考虑环境温度影响。

离散元法用于绞刀齿切削珊瑚礁岩过程的三维模拟

绞刀齿在挖掘破碎岩石过程中的具体受力情况不明确是影响挖岩绞刀设计、优化与校核的难点。采用离散的球形颗粒,基于Hertz-Mindlin模型与颗粒粘合模型构建岩体,参考珊瑚礁岩的力学特性,通过巴西劈裂与单轴抗压的数值实验,选定并验证了用于构建饱和礁灰岩三维数值模型的合理参数。采用相同的数值方法模拟了绞刀上第4排刀齿切削珊瑚礁岩的过程,给出了刀齿切削力和切削力矩随切削角度的变化。将刀齿的最大时均受力结果导入有限元软件中进一步处理,得到了刀齿上的最大变形以及应力分布情况。计算结果佐证了计算刀齿的设计与安装角度满足挖掘珊瑚礁岩的强度要求,计算模型为类似岩土机具的设计提供了参考。

珊瑚礁灰岩平板撞击试验与状态方程研究

为研究强动载下浅层珊瑚礁灰岩的冲击压缩特性和状态方程,采用一级气体炮试验装置对浅层珊瑚礁灰岩开展了200~500 m/s冲击速度下的平板撞击试验。基于试样自由面粒子速度时程曲线,分析了浅层珊瑚礁灰岩孔隙演化与冲击波传播的相互作用,确定了一维应变条件下浅层珊瑚礁灰岩的动态强度和冲击绝热关系。试验结果表明:冲击波压缩过程中,浅层珊瑚礁灰岩因孔隙塌缩和基质滑移产生塑性变形,导致冲击波在试样中展宽为“弹性先驱波-变形波”的双波结构,变形波的传播速度和能量随冲击压力的增大而增大;2.9×10^(4)~7.5×10^(4)s^(−1)应变率下,浅层珊瑚礁灰岩的Hugoniot弹性极限值和动态屈服强度分别为0.109±0.03 GPa和0.074±0.02 GPa;建立了0.4~1.2 GPa压力范围浅层珊瑚礁灰岩的Hugoniot线性关系,将其压力-比容(P-V)关系分成弹性段和压实段,浅层珊瑚礁灰岩相比于陆源多孔石灰岩在强动载下的压缩性更大;最终建立了可描述浅层珊瑚礁灰岩低压区孔隙压实过程的压力-孔隙度(P-α)状态方程。

北斗挖掘机引导系统在南太平洋岛国珊瑚礁地质港池施工技术应用

水下疏浚挖掘机作业过程中,由于缺少引导控制手段,只能依赖机手主观的视觉、感觉及自身经验和测量人员配合工作,施工质量不稳定;精确高程、坡度控制,需要大量人力完成,综合效率低下;这已经成为影响施工进度和质量的棘手问题。本文以南太平洋岛国珊瑚礁地质边坡完成面为目标,阐述引导系统在施工中的技术应用。

冲击荷载下珊瑚礁灰岩动态力学特性及损伤特征

为研究2种珊瑚礁灰岩在冲击荷载下的动态力学特性和损伤特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对珊瑚格架灰岩和珊瑚砂屑灰岩进行10~190 s-1应变率范围内的冲击压缩试验,得到不同应变率下珊瑚礁灰岩的应力-应变曲线,分析试验中试样的动态峰值应力和弹性模量的应变率效应及能量耗散规律,并结合高分辨率CT扫描和图像处理技术,揭示试样的损伤破坏特征。结果表明:格架灰岩的动态应力-应变曲线具有明显的弹性变形阶段,而砂屑灰岩的压密阶段较为明显;动态峰值应力随应变率的增大呈幂函数增长,格架灰岩的应变率效应较明显,动态弹性模量与应变率满足负指数关系;格架灰岩对能量的吸收能力整体强于砂屑灰岩;珊瑚礁灰岩损伤裂纹多沿生物组分胶结差、贯通孔隙多的部位发生,中高应变率下格架灰岩的损伤裂纹以骨架扩展贯通为主,呈脆性劈裂破坏,而砂屑灰岩主要发生穿孔传播,呈压碎破坏模式,研究成果对岛礁工程建设中动力灾害的预防具有一定的指导意义。

不同埋深珊瑚礁灰岩物理力学特性宏细观研究

文章针对中国南海不同深度珊瑚礁灰岩物理力学特性,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线断层扫描(CT)技术,表征浅层和深层礁灰岩微细观形貌和内孔隙结构特征,建立纵波波速与孔隙率、密度的定量关系,开展干燥和饱水礁灰岩单轴压缩试验,探讨礁灰岩基本物理力学特性。试验结果表明,浅层礁灰岩疏松多孔,孔隙连通性较好,主要矿物成分为文石,属生物沉积岩;深层礁灰岩较为致密,孔隙连通性差,主要矿物成分为方解石,属变质岩。深层礁灰岩孔隙率约为浅层礁灰岩孔隙率的1/10,平均峰值抗压强度约为4.8倍,平均弹性模量约为4.5倍。礁灰岩属于极软岩或软岩,具有脆性破坏的特征,典型破坏模式为沿原生孔隙、生长线和弱胶结面等缺陷的多破裂面破坏,峰后残余强度较高。礁灰岩水岩作用效应显著,浅层礁灰岩软化性强于深层礁灰岩。浅层与深层礁灰岩物理力学性质存在较大差异,主要源于不同埋深下成岩胶结作用程度不同所导致的矿物组分、孔隙结构与岩性的差异。

多孔类岩石孔隙率测量方法适用性评价——以珊瑚礁灰岩为例

孔隙率是反映岩石孔隙结构发育情况的重要指标。然而对于一些孔隙结构极度发育的多孔类岩石,不同的孔隙率测量方法有着不一样的适用性。本文以中国海南省一种生物成因沉积岩——珊瑚礁灰岩为例,讨论了饱水法、水银压汞法和基于CT扫描图片的图像法这三种孔隙率测量方法对该种岩石的适用性。测量结果表明:水银压汞法和经过自适应阈值分割的图像法所测得的孔隙率数值相近,约为0.48;而饱水法的测量结果显著偏小,为0.35;而基于两种全局阈值分割方法的图像法的测量结果则偏大,约为0.55。对珊瑚礁灰岩的孔隙连通性进行分析发现珊瑚礁灰岩的孔隙连通性极好,故认为高压水银压汞法所测量得珊瑚礁灰岩孔隙率数据最为准确,同时也说明经过局部阈值分割法处理的二值化图像更适宜于珊瑚礁灰岩这类孔隙结构极度发育多孔类岩石的孔隙率计算。

珊瑚礁灰岩钻孔灌注桩承载特性试验研究

礁灰岩是珊瑚岛礁的主体部分,钻孔灌注桩是岛礁工程建设和海洋开发中最常用的深基础之一。为揭示礁灰岩地区钻孔灌注桩的承载特性,在印度尼西亚珊瑚礁地区开展了冲击钻孔和旋挖钻孔灌注桩的现场静载试验,对比分析了冲击钻孔和旋挖钻孔灌注桩的承载特性。结果表明,冲击钻孔灌注桩的施工周期和充盈系数分别是旋挖钻孔灌注桩的24倍和1.09倍;冲击钻孔灌注桩承载特性表现为摩擦端承桩特性,旋挖钻孔灌注桩表现为摩擦桩特性;旋挖钻孔灌注的承载特性优于冲击钻孔灌注桩,其竖向极限承载力是冲击钻孔灌注桩的2.85倍,其桩周地层极限侧摩阻力是冲击成孔灌注桩的8.03倍。冲击成孔过程中在孔周形成的泥皮是造成冲击钻孔灌注桩桩周地层极限侧摩阻力降低和单桩抗压极限承载力降低的主要原因。

《西沙群岛珊瑚岛(礁)地区岩土工程勘察标准》研究与编制

为适应和满足西沙群岛珊瑚岛(礁)工程建设的需要,使珊瑚岛(礁)岩土工程勘察有据可依,总结了西沙群岛岩土工程勘察项目实践经验和研究成果,通过资料收集、分析与研究,编制了《西沙群岛珊瑚岛(礁)地区岩土工程勘察标准》(DBJ46—060—2022)。介绍标准的编制背景、编制的工作流程、标准的主要内容和重点研究内容,探讨需要进一步研究的内容。

西沙群岛珊瑚礁灰岩物理力学特性试验研究

珊瑚礁灰岩是一种特殊的岩土类型,由于其物质组成、结构和发育环境的特殊性,导致其具有独特的物理力学特性.文章通过对西沙群岛珊瑚礁灰岩的室内物理力学特性展开试验,设定试验流程,分析珊瑚礁灰岩的纵波波速试验、密度试验、孔隙率试验及单轴抗压强度试验等结果,采用回归分析方法,提出珊瑚礁灰岩岩块密度ρ与纵波波速V_P、孔隙率n与干燥波速V_P以及单轴抗压强度R与岩块纵波波速V_P的回归方程.

珊瑚礁灰岩层后压浆桩增强效应作用机制

珊瑚礁灰岩层中桩基承载特性的研究是岩土工程的热点问题。基于某跨海大桥工程开展的珊瑚礁灰岩层中桩端后压浆桩现场静载荷试验,对比分析了压浆前后的实测结果,研究了桩端后压浆的预压作用对桩阻力的影响,并在桩端后压浆试验结果分析的基础上,进一步研究了后压浆桩增强效应作用机制。结果表明,桩端后压浆技术可应用于珊瑚礁灰岩地层中,能有效地提高桩基承载力和减小沉降量;钻孔取芯试验明确了压力浆液在桩端以下一定范围内的分布情况,并证实了压力浆液对珊瑚礁灰岩的孔隙有充填作用;桩端压浆后,在桩端未能消散的压力产生负摩阻力,使负摩阻力在竖向荷载作用下提前发挥,并增大了压浆桩的侧阻力。此外,桩端后压浆的预压作用提高了桩端阻力,并减小了桩端位移,改善了桩基的承载性状。

珊瑚礁灰岩水下钻孔爆破破裂特征试验研究

在海洋的开发建设过程中,往往涉及到水下珊瑚礁岩的爆破开挖。为研究珊瑚礁灰岩水下钻孔爆破的破裂特征,选用4种类型的珊瑚礁灰岩模拟了3种水深情况下的单孔爆破试验,分析了不同水深条件下礁灰岩试样炮孔附近的破坏、径向裂纹和块度分布。结果表明:礁灰岩炮孔周围破坏情况与岩石强度有关,珊瑚灰岩和珊瑚砾块灰岩试样炮孔周围观察不到明显的破坏现象,生物砂砾块灰岩炮孔周围表面能观察到明显的崩落;爆破后试件表观裂纹的数量和宽度会随着水压的增加而减少;天然裂隙的存在会导致爆炸应力波的传播路径和作用方式发生改变从而阻断裂隙的扩展;水下珊瑚砾屑灰岩爆破的大块率会随着水深的增加而增加,且块度分布符合swebrec分布函数。

苏丹珊瑚礁灰岩地区地质勘察总结

描述珊瑚灰岩地区的地貌特征、地层分布规律,分析珊瑚礁灰岩的工程特性,并论述在珊瑚礁灰岩地区的钻探工艺,对苏丹红海沿岸珊瑚礁灰岩地区的工程地质特征及几年来的勘察工作进行了总结。