泸定水电站坝基覆盖层深部潜蚀对土骨架变形影响评价试验研究

泸定水电站因坝基覆盖层深部(1)层潜蚀诱发涌水险情,潜蚀过程中大量细颗粒持续流失能否诱发明显土骨架变形关系到电站自身、下游梯级电站及泸定县城的安全。土体颗粒级配、应力状态及细颗粒流失比例等均有可能影响土骨架变形,但其影响机制尚不清楚。为全面评价(1)层潜蚀对土骨架变形的影响,自行研制了可以模拟现场(1)层土体原始级配特征和应力状态的高应力、大直径的土体渗透稳定试验装置,建立了土骨架发生明显变形的判据,即潜蚀过程中试样累计体积应变大于等于1%时,表明土骨架已发生明显变形,提出了细颗粒运移比作为衡量细颗粒流失比例的评价指标。针对(1)层土体,开展了一系列极端不利水力条件下的渗流应力耦合潜蚀试验研究,重点探讨了颗粒级配、应力状态及细颗粒运移比对土骨架变形的影响规律。研究表明:所有试样潜蚀全过程的累计体积应变介于0.1%~0.49%,均小于1%,即(1)层土体中细颗粒大量甚至全部流失也不会诱发明显骨架变形,(1)层潜蚀诱发防渗墙开裂、折断,甚至突然溃坝的风险不大。颗粒级配显著影响细颗粒运移比、潜蚀临界和破坏坡降,5 mm以下颗粒含量越少,细颗粒运移比越大,潜蚀临界和破坏坡降越小;上覆压力对细颗粒运移比影响不大,但对潜蚀临界和破坏坡降影响显著,上覆压力越大,潜蚀临界和破坏坡降越大。研究成果为科学评价泸定水电站深部渗透稳定提供了重要依据,同时,也为其他类似工程安全评价提供了重要借鉴。

深穿透地球化学勘查技术对胶东冲积土覆盖区隐伏金矿的勘查指示

胶东是当今世界仅有的探明金资源储量超过5000 t的三个金矿省之一,随着地质勘查程度的不断提高,其找矿方向逐渐由浅表矿转向覆盖区深部隐伏矿。土壤微细粒分离技术是一种能反映深部异常信息的深穿透地球化学勘查技术,已在多种景观区取得成功试验案例。本文选择胶东冲积土覆盖区曲家隐伏金矿及其外围开展土壤微细粒分离技术的勘查试验。结果表明:相比于中国土壤、山东省土壤、烟台市土壤背景值,研究区内Au元素高度富集,区域浓集系数高达2.88,金、银等地球化学异常范围与已知隐伏矿体位置具有很好的对应关系,能够互相印证,且与钻孔原生晕地球化学信息有继承关系。异常形成机理是:深部成矿物质以呈类气体性质的纳米颗粒形式沿断层、地层接触面等宏观裂隙和围岩中的微裂隙等通道在多营力接续作用下迁移至地表,并被地表微细粒土壤捕获形成矿化异常。土壤微细粒分离技术对隐伏金矿的勘查指示取得理想效果,可以应用于胶东冲积土覆盖区地球化学找矿勘查。

有限变形理论的深厚冲积层冻结壁变形特性分析

冻结壁的变形及其影响因素是冻结凿井工程,特别是深厚冲积层冻结法凿井工程中急需研究解决的技术课题。基于有限变形理论,利用冻土有限变形本构关系及其蠕变参数,对深厚冲积层(超过400m)冻结壁进行了有限元分析,表明冻结壁井帮径向位移在段高内的分布是不均匀的,一般是上下小、中间大,并且冻结壁内部径向位移比井帮径向位移小;得出了冻结壁井帮的最大径向位移与冻结壁厚度、冲积层厚度、开挖段高、开挖段井帮暴露时间和井筒开挖半径关系表达式,并得到了现场实测验证。

论深厚表土层中确定地下结构物外载的基础理论——深土力学

基于深厚表土层中建井工程实践和模拟试验研究，分析深表土中井壁的外载、井壁与土的相互作用，探讨了深土与浅土之力学特性的区别，提出深土力学的概念、内容、框架，认为深土力学是土力学的一个生长点，是厚表土中确定地下结构物外载的基础理论．

深厚表土层人工冻结法凿井技术研究进展

冻结法凿井是我国目前开发深厚表土层覆盖下煤炭的首选建井技术。文章概述冻结法的原理及发展,分析深厚表土冻结技术研究的重要性。介绍国内外深厚表土层冻结技术研究现状,提出今后冻结技术研究的动态。

深土冻土力学——冻土力学发展的新领域

在人工冻结工程的实践和模拟试验的基础上，提出不同于常规“冻土力学”（暂称“浅土冻土力学”）的“深土冻土力学”概念．分析浅土冻土力学与深土冻土力学的区别，提出深土冻土力学的内容、框架及研究方法，展望２１世纪地下人工冻结工程的前景和深土冻土力学的未来．

深厚表土中立井井壁水平地压力计算探讨

基于石集立井实测水平地压力,对比分析了当前常见的几种水平地压力计算理论的准确性与适用性。分析表明,我国立井井筒设计规范建议的计算水平地压力的重液公式的计算结果与实测值误差很大,其计算均值是实测均值的100倍以上。以浅部土力学思路建立的水平地压力具有随着深度的增加而增大的特征。而深厚表土中的水平地压力分布规律可能与此不同,其压力值最终趋于稳定,不会无限制的增大。由于固结时间、应力水平、应力路径的不同,深厚表土层的物理力学性质与浅部土体具有显著差异。建议深入开展深土力学研究,基于更多的测试与研究工作来确定深厚表土中水平地压力的大小与分布规律。

特厚表土层双层钢板高强高性能混凝土钻井井壁试验研究

针对500～700m特厚表土中钻井井筒的支护难题,认为合理的解决途径是采用双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构。首先,给出钻井井壁C60～C75高强高性能混凝土的优化配合比;然后,根据相似理论,进行双层钢板高强高性能混凝土复合井壁结构的模型设计。通过模型试验,对这种井壁结构的应力、变形特性和强度特征进行研究,研究结果表明:由于内、外钢板筒的约束作用,井壁结构中的混凝土完全处于三轴受压应力状态下,其抗压强度得到较大程度的提高,且井壁破坏时混凝土的极限压应变达到-4600με,表现出较好的延性特性,得到了该种井壁结构承载力的试验值,从而为该种高强井壁结构的工程应用提供了设计依据。目前,该研究成果已应用于3个特厚表土层的钻井井筒工程实践中。

地层冻融过程井壁受力模型试验研究

为进一步探索深厚表土层冻结法凿井井壁融沉附加力的作用规律,开展地层冻融过程井壁受力物理模拟试验,获得地层冻融温度场、井壁融沉附加力等的演化规律。试验结果表明:研制的试验平台可较好模拟实际冻结法凿井工程中冻结壁-井壁的一维冻融过程,模拟试验中井壁周围地层温度梯度变化范围在–70~140℃/m;在无荷载作用下,井壁融沉附加力主要产生在周围冻土的热融压缩阶段,融沉附加力的最大值接近土体自重应力水平的50%,可为我国应用冻结法进行深立井以及其他城市地下工程建设提供科学依据。

基于遗传算法的厚冲积层地表移动参数反演与应用研究

针对东欢坨矿冲积层厚度变化较大的特点,以该矿厚冲积层条件下多煤层多工作面开采地表观测站实测数据为基础,基于遗传算法反演了矿区不同冲积层与基岩厚度比条件的地表移动概率积分参数。结果表明:测区内实测最大下沉值为10893mm,最大倾斜为62.3mm/m,最大曲率为1.69mm/m^(2);采用遗传算法解决了多工作面开采概率积分参数反演问题,并对反演下沉系数进行修正,当矿区冲积层与基岩厚度比H_(s)/H_(j)≤1时,下沉系数0.82,主要影响角正切1.81,拐点偏移系数0.04,开采影响传播角90°-0.4α;当矿区冲积层与基岩厚度比H_(s)/H_(j)>1时,下沉系数0.96,主要影响角正切2.05,拐点偏移系数0.03,开采影响传播角90°-0.3α;研究成果在西村采动影响的应用分析中效果良好,验证了该矿条件地表移动规律和参数正确性。

不同层间系数条件下双层地基潜蚀可视化试验研究

地层结构显著影响潜蚀的发生、发展过程,然而,目前大部分研究多集中在单一土体发生潜蚀的几何条件与水力条件方面,很少考虑地层结构的影响。针对实际工程中常见的地基结构——双层强透水地基,上层由内部稳定土体组成,充当反滤层,下层为内部不稳定土体,利用自行研制的基于平面激光诱导荧光技术的潜蚀可视化试验装置,开展不同层间系数条件下双层地基潜蚀可视化试验研究,重点探讨层间系数对潜蚀发生、发展过程的影响机制。试验结果表明:上层土体能够显著提高下层土体潜蚀发生的临界坡降和破坏坡降,其与层间系数近似呈负相关关系,层间系数越小,潜蚀发生的临界坡降和破坏坡降越大。层间系数对双层地基颗粒运移模式及破坏模式均有显著影响。层间系数≤5时,下层土体中运移流失的细颗粒聚集、淤堵在接触面,最终导致接触面附近出现明显的拉裂破坏;层间系数>5时,上层土体不能有效保护下层土体,下层土体中运移出来的细颗粒大量进入上层,最终下层土体发生潜蚀破坏。基于试验结果,提出了适用于被保护土体为内部不稳定土的反滤层设计方法,并利用已有的试验结果验证了该方法的有效性和可靠性。

深厚冲积层冻结壁和井壁共同作用机理研究

该文基于粘弹性理论,建立了一个适用于深厚冲积层的考虑冻结壁与外层井壁以及周围土体共同作用的粘弹性计算模型,模型中同时考虑了冻结壁的蠕变变形。导出了作用于冻结壁上的外荷载表达式和冻结壁的应力分布规律以及作用于外层井壁上的冻结压力解析式和井壁的应力分布规律。用该文提出的理论计算公式得到的外层井壁上的冻结压力随时间的变化与现场实测数据吻合良好,验证了该方法的合理性,可为冻结法凿井的外层井壁结构设计提供依据。