粉砂质泥岩蠕变特性与非线性黏弹塑性本构模型

针对边坡、隧道工程中粉砂质泥岩长期稳定性问题,采用DZSZ-150型多场耦合岩石三轴压力试验机,利用粉砂质泥岩相似材料试样,开展不同围压下粉砂质泥岩蠕变试验。根据蠕变试验结果建立可描述粉砂质泥岩蠕变全过程的非线性黏弹塑性本构模型,以7 MPa围压下蠕变试验结果为例,对所提出的蠕变本构模型进行合理性和可行性验证。结果表明:试样的稳态蠕变速率与偏应力大小有关,随着偏应力的增加,试样稳态蠕变速率与偏应力之间符合指数函数关系;在加速蠕变阶段的蠕变速率相对低偏应力水平下减速蠕变和稳态蠕变速率明显要增大很多,且非常短时间内就发生了蠕变破坏;提出一种描述粉砂质泥岩全蠕变过程的非线性黏弹塑性本构模型,该模型能描述粉砂质泥岩蠕变-破坏全过程的蠕变变形规律,反映了粉砂质泥岩在不同偏应力水平作用下的蠕变特性,克服了经典模型中无法准确描述加速蠕变过程的难题。

冻融循环作用下粉砂质硫酸盐渍土变形特性研究

【目的】为探究南疆地区粉砂质硫酸盐渍土的变形特性,【方法】在封闭系统条件下对粉砂土进行冻融循环试验,利用扫描电镜对土体结构进行表征分析。【结果】结果显示:粉砂质硫酸盐渍土硫酸钠含量为0和1.0%时变形以融沉为主,5次循环后变形量分别为-1.30 mm、-1.02 mm;硫酸钠含量为2.0%、5.0%、8.0%时变形表现为盐胀-冻胀变形,5次循环后变形量分别为2.46 mm、8.53 mm、3.43 mm。【结论】结果表明:粉砂质硫酸盐渍土在冻融循环作用下温度和硫酸钠含量是影响土体发生冻融变形的主要因素。在低温区间土体的变形随温度的降低表现为盐胀-冻胀,在升温过程中土体先后出现冰融和盐溶变形;土体的最终变形量与硫酸钠含量的变化表现为先增后减,当硫酸钠含量为5.0%时,土体的盐-冻胀率达到最大为2.5%。运用扫描电镜可发现粉砂质硫酸盐渍土经冻融循环后在自重作用下会产生沉降,内部盐分重结晶是抑制沉降甚至造成土体膨胀的主要原因。

酸环境对粉砂质泥岩三轴力学特性影响研究

为研究酸环境对粉砂质泥岩三轴力学特性影响规律,开展不同酸环境影响下粉砂质泥岩试样三轴压缩试验,得到了酸环境作用下粉砂质泥岩试样宏观力学参数及破环形态的变化规律。结果表明:(1)随着溶液pH值减小及浸泡时间增加,粉砂质泥岩三轴峰值强度显著降低,且试样越过峰值应力后强度衰减幅度减小,粉砂质泥岩逐渐由硬脆性破坏向韧性破坏转变;(2)经过酸溶液作用后的粉砂质泥岩试样黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数发生明显衰减;(3)浸泡时间相同时,随着围压增加,试样破坏面主裂隙倾角逐渐减小,裂隙宽度变大,试样的微裂隙增多;(4)在围压与浸泡时间相同时,随着溶液pH值的增加,破坏后的粉砂质泥岩试样完整性逐渐下降。

中风化粉砂质泥岩基坑涌水综合治理施工技术

基坑涌水是基坑塌陷的风险之一。为了避免基坑塌陷,针对中风化粉砂质泥岩基坑涌水存在出水急、出水量大的实际情况,提出“注浆+明排”的综合治理方案,并优化注浆位置、深度,调整集水井位置及平面尺寸。方案实施结果表明:通过增加注浆深度、加密注浆孔位,增加明排集水井能够有效减少基坑渗水、涌水,对于保证施工安全具有十分重要的意义。

湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究

为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性,开展裂隙演化试验,得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律,同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征,分析宏观和微观试验结果关联性,揭示湿热力作用下粉砂质泥岩裂隙扩展机制.研究结果表明:粉砂质泥岩裂隙发育表现为增长-平缓趋势;在单因素循环作用中,湿度循环(浸水~烘干)最易造成粉砂质泥岩开裂,温度循环(5~60℃)次之,荷载循环(0~50 kPa)最弱;在多因素耦合循环作用中,裂隙发育程度排序为:湿热力>湿热>湿力>热力,验证了湿度循环致裂性最强的结论.湿热力耦合循环作用15次后裂隙率达0.92%,裂隙条数增至30条,平均长度延伸至60.58 mm,而平均宽度稳定在0.47 mm左右.孔隙率与裂隙率的灰关联度最大,为0.813,即微观结构变化中孔隙发育与裂隙扩展的关联程度最大.湿热力耦合循环作用中,湿度循环引起黏土矿物晶层间距变化,导致颗粒破碎、孔隙扩张形成微裂隙,温度循环使试样产生差异性热应力、水分分布,促使微裂隙发育贯通,荷载作用增加尖端应力,最终导致裂隙网络形成.

级配和含盐度对钾长石质粉砂的静水沉降影响试验研究

细颗粒泥沙的沉降过程中易发生絮凝现象,絮凝是否发生受到粒径、盐度、级配、矿物组成等多因素的影响。以钾长石为例,研究粒径、级配和含盐度对钾长石质粉砂静水沉降的影响。试验研究发现,清水中的钾长石质粉砂絮凝临界粒径约为30μm,盐水可将絮凝粒径上限提高至50μm。絮凝最优含盐度为15 ppt,但不同粒径的絮凝指标有差异,盐度对粒径小于50μm的细颗粒影响更大,絮凝更显著,50μm以上的粗颗粒基本不发生絮凝。就絮凝结构而言,粗颗粒的钾长石质粉砂以单颗粒沉降为主,细颗粒则表现为颗粒间聚并絮凝。

粉砂质页岩隧道周边孔装药结构及装药量对爆破效果影响研究

光面爆破技术是目前控制隧道超欠挖的主要手段,为进一步探究周边孔装药结构及装药量对爆破效果的影响。以武隆隧道粉砂质页岩段为研究对象,采用现场爆破试验方法,分别进行了周边孔不同装药结构下不同单孔装药量爆破试验。结果表明:周边孔采用导爆索空气间隔装药结构,装药量为0.1+0.075×5 kg时爆破效果最佳,周边孔残留率96%,平均线性超挖为15.3 cm。采用雷管空气间隔装药结构,装药量为0.45 kg时爆破效果最佳,周边孔残留率可达90%,平均线性超挖18.4 cm。采用连续装药结构进行爆破,装药量为0.3/0.45 kg时爆破效果最佳,周边孔残留率32%,平均线性超挖量为24 cm。周边孔采用间隔装药结构可以有效提高爆破效果,保证周边孔炮孔残留率在50%以上,减小隧道超挖量;采用导爆索间隔装药爆破效果最佳,周边孔炮孔残留率在90%以上,雷管间隔装药结构爆破效果次之,炮孔残留率在70%以上,连续装药结构爆破效果最差,炮孔残留率50%以下。同时,通过现场试验证明:除采用导爆索空气间隔装药结构外,周边孔也可采用雷管空气间隔装药结构控制隧道超挖。

钱塘江冲海粉砂地层联络通道冷冻法施工技术研究

地铁隧道联络通道开挖前需对其周边土体进行加固,在地表施工条件不便、地下水丰富的复杂地质情况下,冷冻法施工则成为土体加固的主要方式。结合杭州市地铁8号线桥头堡站-河庄站区间联络通道工程,分析了联络通道冷冻法施工中存在的安全及质量问题,针对联络通道盐水温度>-28℃且去、回路温度差>2℃,冻结壁和隧道管片交界面平均温度>-5℃并伴随冻结管冰柱融化,封孔作业时出现涌水涌砂等现象,提出了相应的解决措施。对冷冻效果进行验证,结果表明施工质量符合要求。

农业引水渠道粉砂质生态边坡稳定性研究

植物生态岸坡应用于水利工程建设具有良好的生态意义、经济意义和工程意义,是理论研究和工程实践的重要内容。此次研究以具体工程为背景,探讨了金银花生态岸坡在粉砂质土农业引水渠道建设中的应用价值。结果显示,金银花生态岸坡在各种计算工况下均显示出不同程度的优势,建议在工程建设中选用。

粉砂层水刀法锁扣钢管桩插打施工技术的应用

本文根据中国铁建大桥工程局集团沪宁段站前HSZQ-11标项目(二分部)(粉砂地层水刀法锁扣钢管桩插打施工技术),粉砂地层是跨河大桥中经常遇见的施工环境,文章主要就粉砂地层水刀法锁扣钢管桩插打施工进行探讨交流,结合工作实践经验,浅述了水刀法锁扣钢管桩插打施工的范围及一般的处理方法,水刀法的施工管理、施工工艺及施工方法、施工的质量管理等方面。

强夯作用下饱和粉砂质土地基响应及加固效果研究

为了获得饱和粉砂质土在强夯冲击荷载作用下的动力响应特征,进而评估强夯法的加固效果。以甘肃省某加固场地为研究对象,采用现场实测的方法,获得土体沉降变形、动应力以及孔隙水压力等参数的时空变化曲线,分析加固过程中土体的动力压密和排水规律,并评估其在场区中的加固效果。研究结果表明,不同夯点左右两端的水平位移分布呈对称的指数变化规律;不同夯点位置处的动应力峰值随深度均呈对数衰减的变化趋势;在重锤夯击作用下,饱和粉砂质土的动应力呈现明显的脉冲变化,超孔隙水压力的变化大致可分为冲击阶段和固结阶段;经过强夯后,各个土层的压缩模量均得到大幅提升,且深度越浅,其压缩模量的提升幅度越大,所有土层加固后的压缩模量均达到了不小于20MPa的验收要求,表明采用强夯法对饱和粉砂质土地基的加固效果良好。

冻融循环下粉砂中螺旋锚抗拔稳定模型试验研究

目前螺旋锚基础在寒区电力工程中得到初步应用,然而季冻区螺旋锚的冻拔稳定性研究有限,尤其缺少针对输电线路基础受力工况的冻融循环试验研究。因此,针对粉砂中螺旋锚冻拔性能进行了室内封闭系统单向冻融循环模型试验,探讨锚几何尺寸、锚顶约束条件、冻融循环次数及冻结边界温度对螺旋锚冻拔位移发展规律的影响。结果表明,锚盘埋于冻深线以下时,冻拔位移量与锚的抗拔承载力基本相关,未冻土中锚的上拔承载力越大,其冻拔位移越小;承载力相近时,锚盘间距小对抗冻拔有利。锚顶自由时,升温锚顶位移部分恢复;而锚顶作用上拔荷载时,升温过程中上拔位移仍持续发展。大盘径锚和小间距多盘锚抗冻拔效果好,在第3次冻融循环后位移增量趋于稳定。在封闭系统下,相同的冻结时间,冻结边界温度降低会增大锚杆切向冻拔力,从而加剧冻拔位移的发展。所得结论可为季冻区螺旋锚基础设计提供一定参考。

冻融循环下粉砂质泥岩强度劣化特性及细观机理研究

为研究粉砂质泥岩在冻融循环作用下的强度劣化特性及细观机理,开展了不同冻融循环次数下的粉砂质泥岩试样单轴压缩试验和压汞试验,并对单轴压缩试验后的岩样破碎断口开展电镜扫描,得到了冻融循环次数对粉砂质泥岩的强度特性、破坏模式以及孔隙率的影响规律,进一步探讨了冻融循环下粉砂质泥岩强度劣化机理。研究结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,粉砂质泥岩单轴抗压强度与弹性模量均下降,单轴抗压强度的衰减速率不断降低,岩样破坏时应变不断增大,弹性模量衰减速率增大,粉砂质泥岩破坏形式由脆性向塑性转变。(2)随着冻融循环次数的增加,大孔孔隙率、中孔孔隙率与总孔隙率呈指数增加,并以中孔孔隙率的增加为主;随着冻融循环的继续进行,部分微孔转变为中孔,微孔孔隙率呈先增加后减小的趋势。(3)冻融循环下粉砂质泥岩单轴抗压强度与弹性模量下降的机理为水-冰相交替作用使岩体内部孔隙率增加,其中部分微孔连通转化为中孔,导致中孔孔隙率增加;可见对于冻融循环下的粉砂质泥岩而言,中孔孔隙率增加是导致其强度劣化的最主要因素。

水合物分解诱导效应与有效应力效应耦合作用下的海域泥质粉砂型储层渗透率变化预测

天然气水合物的开发利用对于缓解我国能源安全危机、优化能源结构、助力“碳达峰碳中和”目标的实现具有重要意义。我国南海神狐海域水合物资源量巨大,但该区水合物储层为典型的泥质粉砂型细粒沉积,具有储层原始渗透率低、渗透率受扰动变化大的特点,给该类储层水合物开发带来诸多挑战。为了解决泥质粉砂型水合物储层降压开采过程中渗透率变化预测难题,在分析总结南海神狐海域水合物储层样品颗粒、孔隙结构及孔隙流动性等微观特征的基础上,制作了模拟储层条件的人造岩心样品,开展了岩心尺度的水合物分解诱导渗透率动态变化模拟实验,揭示了水合物分解(正)效应和有效应力增高(负)效应对水合物储层气体渗透率变化的影响机理,推导了同时考虑两种效应耦合的渗透率预测模型。研究结果表明,推导的考虑两种效应耦合的渗透率模型比常规仅考虑水合物分解效应的模型更加可靠,且对于泥质粉砂细粒水合物储层具有较好的适用性。将该模型应用于南海神狐海域水合物储层,提出了水合物降压开采过程中的“三段、两压”控制理论:①水合物储层降压开采全生命周期中储层气体表观渗透率呈“降低升高降低”变化过程,“反弹”点发生在“分解压力”附近;②当储层压力高于“分解压力”时,储层渗透率变化主要受有效应力影响,当储层压力低于“分解压力”之后,分解效应的影响大于有效应力效应;③根据“分解压力”和“衰竭压力”两个关键压力点,提出了针对3个阶段不同的水合物降压排采措施。研究成果有望为下步南海神狐海域水合物开采降压策略的制定提供一定的理论依据与方法借鉴。

干湿循环导致粉砂质泥岩力学特性变化规律研究

受亲水矿物成分影响,水侵作用下粉砂质泥岩力学特性易劣化.开展多种干湿条件下粉砂质泥岩的单/三轴压缩试验,研究试样在饱水作用下的强度和刚度弱化,分析干湿循环对试样力学特性的影响规律.试验结果表明,粉砂质泥岩强度和刚度均随饱和度增加而明显降低,在中期变形阶段刚度下降程度明显大于早期变形阶段.粉砂质泥岩强度随围压增大而线性提高,其强度特性可采用Drucker-Prager准则描述,且试样开裂角符合剪切滑移破坏特征.干湿循环试验结果表明,粉砂质泥岩单轴抗压强度和割线模量随循环次数增大而近似线性衰减,并且其刚度衰减快于强度衰减.

粉砂质泥岩浅埋偏压隧道洞口段大变形机理及治理措施

针对大凉山^(#)2公路隧道粉砂质泥岩洞口段出现的局部大变形、坍塌、侵限等问题,通过现场监测、室内围岩膨胀性试验、三维数值模拟和理论分析,研究了初期支护大变形机理,探讨了雨水、围岩二次变形、洞口偏压等因素对大变形的影响规律,提出并采用洞外与洞内加固整治方案。结果表明,隧道上方地表粘土岩属于膨胀岩,粉砂质泥岩为非膨胀岩,隧道变形受围岩膨胀作用有限;受持续降雨影响,拱顶沉降量变化最为明显,沉降量相比降雨前增加150 mm;隧道深埋侧水平压力理论值为浅埋侧水平压力1.73倍,隧道结构承受明显偏压荷载;采用加强临时支护+大管棚超前支护+双层小导管注浆加固+洞顶明暗交界处增加抗滑桩+洞口段左洞左侧和左右洞中间各增加两排管桩的综合治理方案,隧道变形量减小87%,初支大变形得到有效控制。

南通饱和粉砂地层地铁联络通道冻结法的水-热-力耦合研究

为研究滨海饱和粉砂地层中冻结法联络通道在渗流-盐分共同作用下的冻结效应,以南通地铁1号线永兴大道站—深南路站区间4#联络通道为工程背景,提出渗流-盐分共同作用下的水-热-力三维多场耦合分析方法。首先,根据工程概况,开展现场监测工作,分析监测结果;其次,建立三维数值分析模型;最后,采用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics,模拟饱和粉砂土体的冻结过程。结果表明:1)数值模拟结果与现场监测数据吻合度较高,建立的数值计算模型可靠;2)渗流和盐分的共同作用会延迟人工冻结时长,最大延缓时间为7.36 d;3)水头差导致冻结壁呈现非对称状,上游冻结温度下降过缓,形成的冻结壁较薄,下游冻结壁较厚;4)土中盐分仅减缓了人工冻结降温速率。

井研—犍为地区筇竹寺组粉砂质页岩储层特征

为了加快推进四川盆地寒武系筇竹寺组页岩气勘探开发进程,以近期获得重大突破的JS103井为研究对象,分析了井研—犍为地区筇竹寺组粉砂质页岩的矿物岩石学、有机地球化学及储层特征,探讨了储层发育的影响因素,指出了其与志留系龙马溪组优质页岩的差异。研究结果表明:①研究区粉砂质页岩具有低有机碳含量、低含气量、中等孔隙度、高硅质矿物含量的特征,明显区别于龙马溪组优质页岩高有机碳含量、高含气量、高孔隙度、高脆性矿物含量的特征;②粉砂质页岩储层以发育无机孔为主,介孔和大孔是储集空间的主体,孔隙形态主要为墨水瓶形和狭缝形;③硅质矿物的抗压实及溶蚀作用、适量稳定黏土矿物的存在有利于孔隙发育,碳酸盐矿物的胶结作用是导致储层物性变差的重要因素。结论认为:①粉砂质页岩紧邻优质烃源岩、自身具有一定的生烃能力,物性相对较好,为页岩气的形成和富集创造了有利条件;②现场含气量作为海相页岩储层评价的重要参数对粉砂质页岩的适用性较差,钻井过程中活跃的气测显示与良好储集条件的耦合关系可以作为现阶段判别粉砂质页岩含气性的重要指标。

不同应力条件下饱和尾粉砂的静力学特性

为了得到饱和尾粉砂在高应力条件下的静力学特性,通过不排水静三轴试验分析了饱和尾粉砂在不同围压下的应力-应变规律、孔压-应变曲线的增长规律以及应力路径。结果表明:在低应力条件下孔压增长相对缓慢且土颗粒间的相对作用力较小,剪胀现象明显;当围压升高后土体被逐渐压密则表现出了应力增量引起的应变增量越来越小的现象;当围压到达一定值后表现出类似于脆性材料的破坏形式;随着围压的升高土样孔隙水压力逐渐增大;破坏时的偏主应力随着围压的增大先增大后减小;高围压和低围压的应力路径破坏线斜率相反。

纵向坡度对粉砂地层盾构隧道施工管片上浮的影响

V形超大直径盾构隧道在越江隧道中较为常见,有必要针对隧道施工过程中纵向坡度对管片上浮的影响展开研究。依托佛山市季华路西延线工程,建立粉砂地层考虑浆液时变特性的盾构隧道掘进数值分析模型,研究隧道纵向坡度对管片上浮的影响,通过改变推进系统荷载分布施加偏转力矩,分析不同坡度及覆土厚度下偏转力矩与管片上浮的关系。结果表明:1)管片上浮量随掘进环数增加而增加,后面变形趋于平缓。2)在浅覆土条件下,隧道下坡段掘进时管片上浮量最大,水平段次之,上坡段最小;在较深覆土条件下,坡度对管片上浮的影响不大。3)在不同坡度下,正偏转力矩均对管片上浮起抑制作用,且在较深覆土条件下抑制效果较好。