软硬地层接触面倾角对盾构隧道纵向力学性能的影响

针对现有盾构隧道纵向力学性能研究中较少考虑纵向穿越软硬变化地层,且接触面倾角影响规律尚不清晰的问题,基于实际工程建立盾构隧道-地层三维纵向精细化模型,并提出一种同时考虑管片错缝拼装、纵环向螺栓、地层与隧道接触面真实力学性能的精细化模拟方法;采用改进的Timoshenko梁理论验证模型可靠性,并分析穿越软硬变化地层盾构隧道的纵向力学性能,探讨地层接触面倾角的影响规律。结果表明:盾构隧道沉降量在软硬地层接触面急剧变化并在软硬地层两端趋于稳定,隧道两侧沉降差异在倾角为30°和150°时更为显著;管片张开和错台量集中分布于软硬地层接触面附近,分布范围随倾角增大逐渐向软土层侧移动,最大管片张开和错台量在倾角120°时最大,分别为0.183和1.270 mm;倾角对盾构隧道纵向内力影响较大,大于90°后影响逐渐显著;纵向上,管片纵向螺栓和地层-隧道接触面的变形更为显著。研究结果可为进一步发展盾构隧道纵向分析方法和保障此类盾构隧道的安全运营提供参考。

黏土-金属界面剪切黏附特性试验研究

为解决高黏性地层盾构刀盘结泥饼而导致盾构掘进不畅的问题,针对高岭土、蒙脱土和伊利土3种典型黏土,采用多功能联合扭转剪切试验仪,通过不固结不排水剪切黏附试验系统性探究稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率等因素对土壤-金属界面剪切黏附特性的影响规律,分析3种黏土界面黏附特性的差异性。同时建立高岭土剪切黏附强度与显著影响因素的回归模型,并通过预测值与实测值对比验证回归方程的准确性。进一步采用正交试验探究稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率和圆盘材料对高岭土剪切黏附强度的影响规律及其显著性水平。研究结果表明:随着稠度指数的减小,高岭土、蒙脱土、伊利土剪切黏附强度均呈“钟型曲线”变化,即先增大再减小,最后趋于稳定;当稠度指数为1.2时,剪切黏附强度达到峰值;稠度指数减小到0.6时,剪切黏附强度稳定在10 kPa左右;在3种典型黏土中,蒙脱土黏附潜能最大,法向应力为300 kPa时,蒙脱土剪切黏附峰值强度分别是高岭土和伊利土的2.2和2.8倍。剪切黏附强度与法向应力和旋转速率近似呈线性正相关,且法向应力和旋转速率对蒙脱土剪切黏附强度的影响最为显著;剪切黏附强度可近似认为由剪切破裂面上的黏聚力和摩擦阻力组成,高黏粒含量土体的剪切黏附强度主要来源于黏聚力,摩擦阻力贡献较小,但摩擦阻力贡献占比随法向应力的增大而提高;随着土体中黏粒含量降低,剪切黏附强度构成中摩擦阻力逐渐占据主导作用。这些因素影响显著性排序从大到小依次为稠度指数、法向应力、黏粒含量、旋转速率、圆盘材料。研究结果可为进一步优化高黏性地层盾构刀盘泥饼防治措施提供参考。

微动技术在登科地区深部找矿中的应用效果研究

为开拓深部找矿新方法,特引入地球物理探测新技术-微动,并探索分析其应用效果。首先介绍微动探测方法原理和数据采集与处理,其次在CSAMT推测的建议钻孔位置开展微动勘探工作,分析单点频散曲线特征,识别深部地层界面;最后根据钻孔验证结果,综合对比CSAMT和微动勘探在深部重点地层界面识别效果。结果显示,微动勘探识别深部层界面效果明显,CSAMT联合微动技术可以提高物探解译的精准度。

河流相地层高精度地层构型界面形成机制及识别方法

分析了河流相单砂层级别的高精度地层构型界面的形成机制及河流相自旋回对异旋回的改造和影响,总结了单砂层级别高精度地层构型界的识别标志,及在异旋回控制下进行自旋回对比高精度地层构型界面的对比方法。结果表明:一个单层主要由河道侵蚀前期沉积物掠夺可容空间并逐渐充填、洪水期形成洪泛泥岩后形成;共有5种河道砂体的叠置模式和对比模式,而且河道砂体的叠置模式受可容空间增加速率与沉积物供应速率比值控制。

陆相盆地基准面旋回的级次划分和研究意义

高分辨率层序地层学理论及其技术方法在陆相盆地层序分析中的应用 ,关键技术之一是识别和划分不同成因的界面与不同级次的基准面旋回。文中以数个不同构造性质的湖盆为例 ,在盆地构造—沉积演化序列中识别出 6种受不同因素控制 ,具不同成因特征、发育规模和识别标志的界面类型 ;以界面的成因特征及其差异性为依据 ,提出基准面巨旋回、超长期旋回、长期旋回、中期旋回、短期旋回和超短期旋回 6个级次的划分方案 ,建立了各级次旋回的划分标准和厘定了各级次旋回的时间跨度 ,并认为前 3个低频长周期旋回主要受构造因素控制 ,后 3个高频短周期旋回主要受天文因素控制 ;

沉积界面控制的三角洲前缘精细地层对比方法

针对三角洲前缘岩性变化大,旋回性对比易产生多解性的问题,以东营凹陷胜坨油田沙二段8砂组三角洲前缘为例,提出了以沉积界面为约束的精细地层对比方法。将三角洲前缘地层中的沉积界面按规模大小划分为五级,采用沉积界面逐级识别和界面趋势逐级借鉴的原则,通过五级界面的识别与对比建立复合成因砂体格架,通过四级、三级界面的识别和对比建立单一成因砂体及增生体格架。研究表明:三角洲前缘地层中各级沉积界面的分布主要受古地形控制,且具有继承性,在古地形平坦条件下以近水平产状为主,在坡折带则以倾斜产状为主。受沉积界面控制,三角洲前缘复合成因砂体、单一成因砂体以及增生体总体上表现为低角度前积特征,但在坡折带具有高角度前积特征。利用沉积界面逐级对比方法建立的地层格架具有沉积学的意义,能够客观反映三角洲前缘对湖盆的充填过程。

适于海量数据的三维地层建模方法

三维地层建模是地下空间数字化的一个关键步骤。基于钻孔数据的三维地层建模,通过人机交互方式可以取得较好的效果,但这种方法有两个关键问题,一是建模涉及到大量的空间曲面关系的判断,过程复杂烦琐;二是海量数据建模速度较慢。在此针对这两个问题展开研究。对于第一个问题,提出了参考TIN和界面分片思想,借助多属性空间数据插值方法,动态建立搜索区域,使得复杂地层建模思路清晰,便于实现;对于第二个问题,按地层缺失情况,将整个研究区域动态划分为若干子块,分块处理海量数据,提高了建模效率。依据该建模方法,最终能够生成具有严格几何、拓扑关系的各地层界面模型。该建模方法具有快速处理海量数据和减少用户干预建模的特征。同时,该方法充分考虑了钻孔间距、地层厚度对尖灭处地层属性的影响,对于处理钻孔空间分布的不均匀性,有一定借鉴意义。

冀北滦平地区中生代火山岩地层锆石U-Pb测年及启示

在冀北—辽西地区,冀北的滦平地区是中生代地层最为齐全,也是唯一的晚中生代沉积作用基本连续的地区.许多研究者认为该地区的土城子组与张家口之间存在着J3—K1界线和中生代的构造转换界面.该地区分布的主要中生代地层自下而上依次为髫髻山组、土城子组、张家口组、大北沟组、大店子组和西瓜园组.通过LAICPMS方法的锆石UPb测年,获得了该地区中生代火山岩地层的年代格架,即髫髻山组的顶界年龄为(162.8±3.2)Ma,土城子组形成的主体年代范围是(142.6±1.3)～(136.4±1.9)Ma,张家口组形成的年代范围是(135.7±1.8)～(135.2±2.3)Ma,大店子组顶部安山岩的年龄是(131.4±3.7)～(130.2±3.0)Ma.锆石的稀土元素分析表明:土城子组中锆石的稀土元素特征与张家口组中锆石的特征一致,而与髫髻山组中的锆石有较大的区别.综合以上分析数据及野外地质特征可以得出以下结论:(1)该地区的土城子组与髫髻山组之间不仅时间间隔较长,而且二者中火山岩的源区也有较大的区别;土城子组与张家口组之间不仅时间上基本连续,而且二者中火山岩的源区也有明显的一致性.这就表明了滦平地区的土城子组与张家口组是同一地质背景下的产物,即该地区二者之间应不存在J3—K1界面和构造转换界面.(2)滦平地区大店子组顶部火山岩在年代上与辽西北票—义县地区的义县组底部、辽西凌源地区的张家口组顶部基本相当.

煤岩界面弱反射波小波多分辨分析

煤层厚度探测,特别是放顶煤开采时顶煤厚度快速、准确地探测对掌握放煤力度、保证煤质以及准确计算回收率具有重要意义。声波反射法是目前顶煤厚度探测的有效方法之一。弱反射波信号识别是声波法煤层厚度探测中的一个关键问题。针对这一问题,对顶煤厚度探测信号进行了小波多分辨分析;提出了从小波的紧支性、连续性和高阶消失矩3个方面选择小波基对信号进行分解的原则;应用Db4小波对实测信号进行了4层多尺度分解,分析了煤层夹矸和煤层顶板反射波在不同尺度下的时频特征,提高了煤岩界面弱反射波的识别能力和煤层厚度探测的精度。

岩体界面效应的物理模拟

根据相似材料模拟试验结果，分析了地下开采后岩体移动的界面效应，研究了界面滑移量与工作面位置、采动程度等的关系，获得了界面滑移函数，为岩体内部移动计算提供了理论基础。

蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究

为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的影响。结果表明:1)相对单一地层,土砂分界地层会影响洞周应力分布,分界面处围岩容易先出现塑性区,且土砂分界地层围岩变形性质与软弱的全砂岩地层更为接近; 2)在土砂分界地层分界面处会产生较大的水平收敛,易出现拉应力; 3)土砂分界地层中,随着砂层所占比例的增大,拱顶沉降和洞周收敛不断增大,且分界面所在台阶处支护结构的应力发展会提前达到更高的峰值; 4)当分界面出现在上台阶时,围岩会产生极大的塑性变形,支护结构承受相对较大的应力,是土砂分界地层中最不利的分界情形。

基于水平集的复杂三维地层模型建模及在地下工程中的应用研究

由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象,在三维地层建模时,为了表达这些现象,无论是面模型还是体模型或混合模型,都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题,使得这些模型在实际建模过程中常常失效。运用水平集理论可以有效解决这一问题,水平集用隐函数表达曲面(或超曲面),可以实现复杂地质体的表达及并、交、差等拓扑运算。在三维地层建模中,插值生成各种地质界面后,用水平集表达这些地质界面,利用水平理论完成各种复杂的拓扑操作,建立以水平集表达的三维地层模型。在此基础上,插入水平集表达的各种工程活动界面,利用水平集理论进行拓扑操作,可构建各种工程活动后的地层模型。再利用Marching cube算法抽取各种地质界面或工程活动界面,构建可用于实时可视化或用于工程评估(如有限元计算)等的NMTINF-BR地层模型或工程活动后的NMTINF-BR地层模型。

下扬子海相地层地震内幕反射的地质成因

下扬子海相地层地震内幕反射的资料品质区域上存在较大差异。通过对钻井资料、地层沉积成岩特征和地层速度分析,认为该区下古生界因成岩作用强烈,没有明显的速度界面,难以形成好的地震反射;而上古生界石炭-二叠系内部存在多个明显的速度界面,能形成较强的地震反射。海相地层地震内幕反射资料品质受石炭-二叠系的残存状况、构造变形等因素控制,在南黄海部分构造变形较弱地区,石炭-二叠系可以形成连续强反射;在苏皖陆上构造变形较强地区,主要形成断续反射;而在石炭-二叠系缺失地区,地震资料品质普遍较差,多为杂乱反射。有石炭-二叠系残存的地区和构造变形相对较弱的地区为地震攻关的主要目标区。

穿层深孔爆破煤-岩界面装药增透试验研究

为了研究高瓦斯低透气性煤层穿层深孔爆破增透效果,以淮南丁集煤矿13-1煤层为工程背景,提出了煤-岩界面装药穿层爆破的方法,设计了爆破增透的实物模型,运用超动态测试系统分别实测了模型装药爆炸后煤与岩各层的爆炸波信号,观察了裂隙的分布情况。结果表明:应力波在界面处反射拉伸使煤-岩界面分离,岩层中裂隙与瓦斯抽采孔贯通,形成了立体网状的瓦斯通道,有利于瓦斯抽采,该技术为高瓦斯低透气性煤层穿层爆破增透提供了重要的理论依据和实用价值。

土岩接触复杂地层中接触面力学性质研究

为了探讨在土、岩地层中隧道工程施工引起的塌方问题,以宝天高速公路隧道工程为例,通过室内常规土的物理力学性质指标测试,土、岩接触面直剪试验,研究了土、岩接触地层中接触面的力学性质,得到不同含水率、不同固结压力下土、岩接触面的抗剪强度参数。研究表明:①土、岩接触面中岩侧具有一定阻渗作用;②随着含水率的增大,土、岩接触面的粘聚强度减小,而摩擦强度变化较小。

复杂三维地层模型地层划分研究

在三维地层建模中,地层界面由稀疏、离散的地质数据插值而成,正确的地质解释和空间分割的实现是处理这些曲面构建理想三维地层模型的前提,也是目前三维地质模型亟待解决的问题。引入地层层序序列和水平集理论可以有效地解决此问题。根据地层地质演变历史建立地层层序序列,此序列记录地层地质年代顺序及其"覆盖"和"侵蚀"两类拓扑关系。插值生成各种地质界面后,用水平集表达这些地质界面。根据地层层序序列,运用水平集的拓扑操作实现地层交叉划分,形成空间中严格按照地质演变历史为要素进行划分的三维地层模型。用python语言实现了该思想,实例表明是可行的。

浅析黄土地区隔水界面对边坡稳定性的影响

具有相对隔水作用的地层界面,对路堑边坡的稳定性有非常严重的影响。通过列举黄土地区常见的几种隔水层,叙述隔水界面上高含水率黄土夹层的形成原因和特性,结合山西某工程黄土路堑边坡实例,分析隔水界面对边坡稳定性的影响,可为黄土地区同类地质条件边坡工程提供参考。

东海陆架盆地南部中生界的残留厚度

以最新的地震资料和重力资料为基础,结合钻井数据,采用密度多界面同时反演方法,得到了东海陆架盆地南部中生界顶底界面的埋深,据此编制了中生界残留厚度图。在此基础上,结合构造单元对中生界展布特征进行了分析。结果表明:除在雁荡低凸起构造高点局部缺失外,东海陆架盆地南部中生代地层分布广泛;中生界残留厚度在各个构造单元分布不均,但总体上具有"西北薄东南厚、南北分块"的特征,东部基隆凹陷为整个研究区的沉降中心。

土岩交错地层隧道施工爆破围岩振动特性研究

以上软下硬为特征的土岩交错地层为研究对象,采用计算机仿真的方法,分析了围岩振速的环向分布、土岩界面附近的衰减规律和界面两侧围岩力学强度的影响等。结果表明:环向上围岩振速最大位置出现在土岩交界面与隧道壁相切点附近,以此切点为中心,土岩界面的法线两侧围岩爆破振动速度基本对称,且越远离切点,则爆破振动速度越小。靠近隧道壁的振速矢量具有显著的环向优势。在软硬岩层界面附近,岩体振速与弹性模量比呈负相关关系,即岩体振动速度随着界面两侧岩体弹性模量比值的增加而降低,且随着弹性模量比的增加,径向各测点峰值振动速度下降,横向峰值振动速度在径向1 m范围内下降较快。

六盘山盆地海参1井层序地层学分析

从海参1井钻井剖面出发,建立六盘山盆地中新生代层序地层格架。在海参1井钻井剖面上识别出二级层序界面1个:SB1Ⅱ(下第三系寺口子组底面);三级层序界面3个:SB1Ⅲ1(下白垩统底面),SB1Ⅲ2(马东山组底面)和SB1Ⅲ3(上第三系甘肃群底面);划分出2个超层序、5个Ⅲ级层序。