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。

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。

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。

珊瑚礁灰岩地基的沉降计算方法

珊瑚礁灰岩作为一种特殊的岩土类型,研究其工程力学性质对促进沿海珊瑚礁地区的工程建设具有重要意义。通过对比珊瑚礁灰岩与砂性土在工程性质上存在的差异,得出港口工程规范中沉降的计算方法在珊瑚礁地基应用的局限性。在此基础上,采用Schmertmann经验(半经验)公式法和欧标SPT法对苏丹一个已建的重力式码头进行设计复核。结果表明,采用基于SPT指标的经验(半经验)公式对珊瑚礁灰岩地基沉降计算具有较强的可操作性和适用性,可为类似工程提供参考。

珊瑚礁灰岩工程地质特性研究新进展

随着“一带一路”的实施和“海上丝绸之路”的部署,珊瑚礁灰岩工程地质特性研究具有实际的战略意义和迫切需要。通过纵横观对比分析南海、红海、加勒比海、东南亚、印度洋以及亚丁湾地区珊瑚礁灰岩基本物理力学特性,定量地展现了海相生物成因的珊瑚礁灰岩的特殊性。与石灰岩、白云岩等碳酸盐岩相比,珊瑚礁灰岩离散性较大,特别是孔隙率有所偏大,强度有所偏小,这与珊瑚等原生生物结构复杂、疏松多孔以及非均质性的固有特征相吻合,进而提出珊瑚礁灰岩物理力学特性具有“结构效应”。珊瑚礁体内部表现出软硬互层交替的垂直分带现象,究其原因是珊瑚礁灰岩孔隙发育程度不均匀、强度软硬不一以及结构构造无序性的整体宏观体现,从某珊瑚礁体地层划分的角度定量地揭示了珊瑚礁岩体的“成岩作用类型交替演化效应”。

不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性研究

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法,岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言,其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明,珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系,与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好,珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系,结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准,具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式,而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。

南沙海区珊瑚礁灰岩纵波波速特征及其影响因素

珊瑚礁灰岩是孔隙结构复杂、密度变化较大的一类岩石,但过去对珊瑚礁灰岩纵波波速与孔隙结构的关系及其影响因素研究不够深入。本文测定和分析了南沙海区某岛礁钻孔中珊瑚礁灰岩的纵波波速、孔隙度以及密度特征,结果显示礁灰岩的纵波波速变化范围为5104~5958m·s–1,孔隙度变化范围为1.47%~17.7%,密度变化范围为2.07~2.72g·cm–3。这些特征表明,埋藏后的压实作用和重结晶作用,对珊瑚礁灰岩的孔隙度和密度产生影响。珊瑚礁灰岩弹性波速主要受孔隙度和孔隙结构类型的影响,礁灰岩横、纵波速比值能有效地确定岩体的结构和稳定性,因此礁灰岩的声学特性研究成果可为珊瑚岛礁工程建设的稳定性评估提供可靠的数据支撑。

珊瑚礁灰岩中钢管桩持力层选择及试验研究

桩端持力层是影响基桩承载力的关键因素之一。珊瑚礁灰岩硬而脆、软硬分布不均,与传统的岩土类型存在较大差异,给桩基设计与施工带来了较大的不确定性,用传统的桩基设计理论确定施工桩长及持力层方案是不可靠的。因此在试桩阶段通过高应变动测和静载试验两种方式研究不同持力层中的钢管桩承载特征,研究结果直观地表明该类工程地质宜选择标贯击数为80～>100击的强风化珊瑚礁灰岩作为桩端持力层。

肯尼亚珊瑚礁灰岩地区钢管桩终锤标准

针对肯尼亚珊瑚礁灰岩地区某水工项目钢管桩原设计收锤标准与施工情况不符的问题,进行新收锤标准下沉桩规律的研究,采用海利公式理论计算、高应变试验及锚桩法静载荷试验方法,并结合项目1440根基桩的实际沉桩工作,得出钢管桩在珊瑚礁灰岩地区的推荐收锤标准:1)珊瑚礁灰岩地区钢管桩沉桩施工时收锤控制推荐采用贯入度控制为主、设计桩尖高程为辅的原则;2)打入式开口钢管桩施工,采用锤芯质量20 t、锤芯跳高1.2 m时,φ1 200 mm×12 mm、φ1 200 mm×18 mm、φ1 200 mm×24 mm钢管桩推荐收锤贯入度分别为12~18、7~10、4~8 mm/击。对肯尼亚珊瑚礁灰岩地区钢管桩沉桩施工具有指导作用。

珊瑚礁灰岩中钢管桩动静承载力测试分析

珊瑚礁灰岩是一种特殊的岩土介质,因其高达97%的碳酸钙含量,在岩土类别上可称为钙质土。但钙质土因承载力偏低,给桩基设计与施工带来很大的困难。因此有必要通过现场试验研究珊瑚礁灰岩中的承载力问题。基于非洲东海岸珊瑚礁灰岩地区的钢管桩高应变动测与静载试验结果,对该地质的基桩承载力特性进行分析。

东非珊瑚礁灰岩地区不同壁厚钢管桩穿透性能研究

东非某水工项目钢管桩壁厚分为12,18,24mm 3种,针对该地区珊瑚礁灰岩地质不同壁厚钢管桩的穿透性能及壁厚选择问题,进行基桩终锤贯入度、沉桩总锤击数、强风化岩层穿透深度对比等研究,结合3根预先在桩位内进行地质钻孔,并在桩身安装光纤光栅传感器的基桩桩身应力及贯入度变化等参数的总结,分析12mm壁厚钢管桩存在贯入度快速收敛并拒锤的现象,若按标高控制,存在无法满足设计要求的风险;18,24mm壁厚钢管桩的穿透性能相差不大,而前者更节省成本。

珊瑚礁灰岩地区超长钢管桩工程性状

针对珊瑚礁灰岩地质下超长钢管桩的工程性状的研究,结合东非某水工项目的桩基施工情况,剖析钢管桩在该地质情况下的沉桩规律。该桩基为1.2m直径钢管桩,采用锚桩法进行3根基桩静载荷试验,分别为12、18和24mm壁厚,最大桩长为71.2m,基桩持力层为东非的珊瑚礁灰岩,进入持力层最大为31.8m。通过预先埋设在桩身上的低温敏光纤光栅传感器,结合沉桩规律总结和静载荷试验,揭示不同桩顶荷载作用下珊瑚礁灰岩的工程特性。为该地质条件下钢管桩设计及理论研究提供参考。

珊瑚礁灰岩的透水特性和基坑降水措施研究

通过工程地质钻探和压水试验,分析了印度尼西亚东爪哇岛珊瑚礁灰岩的结构特征和透水特性,并通过现场试验,研究了珊瑚礁灰岩地区基坑的止水降水措施。结果表明,该区上部珊瑚礁灰岩按固结程度可划分为灰泥混珊瑚礁钙质结核、碎块状珊瑚礁灰岩和柱状珊瑚礁灰岩。珊瑚礁灰岩的透水率受岩体内部溶孔发育程度及其连通性的控制,透水率与固结程度成反比。灰泥混珊瑚礁钙质结核的透水率为无穷大;碎块状珊瑚礁灰岩的透水率为31~74 Lu,局部地段透水率达到无穷大;柱状珊瑚礁灰岩的透水率为2.25~17 Lu,其随深度的增加而减小。直接抽排降水措施不能有效降低基坑地下水位。压力灌浆止水帷幕通过充填珊瑚礁灰岩内部溶孔从而大大降低珊瑚礁灰岩的透水率,可用于珊瑚礁灰岩地区的基坑降水。

珊瑚礁灰岩地质条件下的钻孔灌注桩施工工艺

珊瑚礁灰岩具有结构多变、次生钙质胶结、多孔、重度小、性脆、强度较低且变化大等工程特性。这些特性给钻孔灌注桩施工带来很大的困难,极易造成钻孔漏浆、坍孔等质量和环保风险。本工程通过采用粘土护壁、气举反循环清孔等方法成功解决了问题,并总结了一套珊瑚礁灰岩地质条件下的钻孔灌注桩施工工艺。该工艺在国内外海洋环境以及类似地质条件下的施工具有重要借鉴意义。

珊瑚礁灰岩替代生石灰应用于铁矿烧结的研究与实践

珊瑚礁岩主要成分是CaCO_(3),化学成分与石灰石相似且更加疏松多孔,有很好的团聚作用。本文通过烧结杯试验,研究珊瑚礁灰岩替代生石灰做烧结熔剂时产生的变化和影响。然后在500m^(2)烧结机上,完全采用珊瑚礁灰岩进行生产实践,得到生产时的产量和质量数据。综合烧结杯试验和生产的效果,总结出采用珊瑚礁灰岩替代生石灰做烧结熔剂,可以得到相当于采用1%~2%的生石灰+石灰石的效果。