砂-粉混合料的分数阶塑性本构模型

砂-粉混合料是自然界和岩土工程中常见的非均质土,密实程度、应力水平和细粒含量等因素对其颗粒接触状态和力学性能具有显著影响。为了能够较为全面地描述砂-粉混合料在细粒含量阈值内的复杂力学特性(FC<FCthre),基于分数阶微积分理论确定了能够统一描述相关联和非相关联的塑性流动法则,并采用等效骨架孔隙比的概念,将等效骨架状态参数嵌入剪胀方程和塑性模量中,进而建立了考虑细粒含量和状态相关的分数阶塑性本构模型。模型预测结果与试验数据对比分析表明,所建立的分数阶塑性模型能够有效反映砂-粉混合料在排水剪切条件下的应变软化(应变硬化)和剪胀(剪缩)等特性。同时,不排水条件下的关键特征,如流动和非流动行为也可以得到合理地描述。

冻结法在富水粉细砂层盾构始发与接收中的应用

洞门外水土沿水泥土加固体与围护结构之间的间隙涌入始发井内或接收井内,引起井外地面沉降甚至塌陷,是富水粉细砂层盾构工程始发与接收阶段洞门外围护结构破除过程中的主要风险之一,冻结法是规避上述风险的有效措施。以某长江漫滩富水粉细砂层盾构工程为例,详细介绍了冻结法在盾构始发与接收阶段洞门外围护结构破除中的成功应用,包括设计方案、施工工艺、温度监测、效果验收与冻结管拔除等内容。实践证明,冻结法能够将加固体与围护结构界面温度控制在-5℃以下,避免粉细砂沿加固体与围护结构间隙流动的风险。

疏松低渗储层化学稳砂体系配方设计与性能评价

疏松低渗储层具有储层物性差、泥质含量高、产出砂粒径小等特点,防砂与释放产能是同类低渗疏松储层开采的关键。目前常规机械防砂工艺适用性较差,泥质及细粉砂易堵塞筛管,为此提出应用对产能影响小的化学稳砂技术,解决疏松低渗储层的开发难题。针对疏松低渗储层特点,研制了基于电性吸附机理的新型聚合物类防膨稳砂剂CWW-1和DWS-1,由这两种稳砂剂复配而成的复合防膨稳砂体系综合效果优于单一防膨稳砂剂作用效果。复合防膨稳砂体系可将细粉砂吸附变大为细粉砂集合体,从而将细粉砂防治难题化解成了中粗粒径的防砂问题,提高了临界出砂流速,起到了稳砂的目的,同时最大程度释放油井产能。以稳砂后渗透率恢复值和细粉砂粒径中值变化率为指标,通过岩芯驱替实验、细粉砂稳砂前后粒径测定优选适用于低渗储层的化学稳砂体系。室内性能评价发现,采用0.8%CWW-1+2%DWS-1的化学稳砂体系处理后,25×10^(-3)μm^(2)的岩芯渗透率恢复值接近70%,300×10^(-3)-1000×10^(-3)μm^(2)的岩芯渗透率恢复值在80%~100%之间;处理后细粉砂粒径中值较处理前增大3倍左右,可以达到评价标准的良好等级(处理前后粒径变化率在200%~400%之间);采用现场岩屑开展耐冲刷实验,经优选出的化学稳砂体系(0.8%CWW-1+2%DWS-1)处理后,临界出砂流量提高了9倍,临界出砂压力提高了10倍左右,稳砂后渗透率降幅小于10%,能够满足实际开发需求。

基于响应面分析法的不同粒径尾砂絮凝沉降效果研究

尾砂絮凝沉降技术是矿山充填工艺的核心环节,而尾砂浆溶液浓度、絮凝剂溶液浓度和絮凝剂单耗是影响尾砂絮凝沉降效果的关键因素。为研究不同粒径尾砂絮凝沉降效果的影响,采用Design-Expert软件进行了多因素耦合条件下不同粒径尾砂絮凝沉降试验,确定了多因素耦合条件下的最优絮凝条件,分析了絮团颗粒对尾砂沉降分层的影响,探究了絮凝前后不同粒径尾砂的固结压缩情况,建立了基于响应面分析的多元回归沉降模型。研究结果表明,絮凝剂不仅可以有效提高尾细砂和尾粉砂的沉降速度,还可以明显提高尾砂的固结速度和压缩程度,且絮凝后尾粉砂固结速度和体积压缩量均高于尾细砂。

黄河淤泥免烧砖的制备及其性能表征

黄河淤泥塑性低,固化强度低,本试验以黄河淤泥为主要原料,矿物复合胶凝材料作为胶结材料,细砂为增强材料,制备黄河淤泥免烧砖试样(UFB),并研究细砂掺量对免烧砖试样性能的影响。结果表明,掺入细砂可提高淤泥免烧砖试样的抗压强度,降低吸水率,增大软化系数,提升抗冻融性能。在室温养护,固化剂掺量为16.67%,细砂掺量为5%,复合土中黄河淤泥和壤土的质量比为7∶3的条件下,免烧砖试样28 d抗压强度达13.78 MPa,吸水率为12.64%,软化系数为0.73,20次冻融循环后的强度损失率和质量损失率分别为5.1%和4.7%。提高养护温度在一定程度上可提高淤泥免烧砖试样的无侧限抗压强度。

粉细砂含水地层止水帷幕失效对周边环境的影响

为了解粉细砂含水地层止水帷幕失效对周边环境的影响规律,进一步确定降水方法,选择平潭某段地下管廊作为研究区段,考虑基坑止水帷幕发生局部失效渗漏的不利情况,采用PLAXIS 3D岩土有限元程序建立三维数值模型,模拟该区段综合管廊明挖基坑降水,对基坑周边环境在发生管涌的条件下,发生的止水帷幕局部不同失效长度及对基坑的影响程度进行分析。得出的结论可为基坑设计与施工帷幕失效影响评估及修复处置提供参考。

细粉砂油藏充填防砂工艺优化设计

河南油田采油二厂稠油油藏出细粉砂严重。为了进一步提高细粉砂防砂开采效果,在出砂粒度中值、防砂工艺现状等分析基础上,对现有防砂工艺改进、优化,优选配套充填砾石及防砂管规格,优化施工参数。结合现场优化应用情况及防砂完井后油井产量进行分析,细粉砂油藏充填防砂工艺优化设计,可以获得较好的防砂效果和经济效益。

大荔地区粉细砂地层成井措施的探讨

针对陕西省渭南市大荔地区粉细砂地层成井难的问题,本文对影响粉细砂地层成井质量的因素进行了讨论,在分析粉细砂地层成井产生涌砂及出水量小问题成因的基础上总结了以往解决粉细砂地层成井的方法。根据工程实践经验提出了取芯钻机及水文钻机相结合的方式成井、采用无缝钢管及双层缠丝过滤器成井、抽水填砾等新的举措,对该地区粉细砂地层成井具有工程借鉴意义。

长江口粗粉砂和极细砂输移特性研究——幕式再悬浮和底形运动

在长江口区主航槽中利用悬浮物浓度测定系统（ＡＣＰ１） 第一次获得了近底紊流“猝发”（ｂｕｒｓｔ） 和床面泥沙喷发（ｅｊｅｃｔｉｏｎ） 的连续时间序列可视图像和数据，同时利用高分辨率流速仪以及旁侧声纳、热敏式双频测深仪等手段获得了大量底形沙波的实测图像和数据。这些图像和数据结果表明：长江口南支南港之间粗粉砂至极细砂在涨落潮流的作用下，呈现静止———细颗粒泥沙起、悬扬———粗颗粒喷发运移的同时进行大尺度底形运动—细颗粒起扬、悬扬—静止的输移循环模式，即当Ｕ＜ ５０ｃｍ／ｓ，泥沙在底床上基本不运动；５０ｃｍ／ｓ＜ Ｕ＜ ６５ｃｍ／ｓ，小尺度紊流猝发发生，泥沙开始小尺度起扬，并有幕式猝发现象；６５ｃｍ／ｓ＜ Ｕ＜ １００ｃｍ／ｓ 时，小尺度紊流猝发强度和持续宽度急剧增大，床面细颗粒泥沙开始喷发导致床面开始冲淤，形成中小尺度沙波；１００ｃｍ／ｓ＜ Ｕ＜ １１０ｃｍ／ｓ 时，大尺度紊流形成，床面粗颗粒泥沙开始喷发；到了Ｕ＞ １１０ｃｍ／ｓ 时，宏观紊流规模更大，床面粗颗粒泥沙的喷发强度和持续宽度急剧增大，导致床面形成大尺度沙波运动。由于 Ｕ＞ １１０ｃｍ／ｓ的落潮流速远远大于涨潮流速，且落潮最大流速达１３７ｃｍ／ｓ，落急（ 流速＞ ?

砂-粉土混合料在列车荷载作用下细颗粒迁移机制试验

荷载作用下砂粉土动水力特性与细颗粒迁移研究是分析振动液化、翻浆冒泥等自然或工程灾变过程细观致灾机制和演化机制的基础与关键。利用自主研制的试验系统,开展了模拟列车动-静组合荷载作用下饱和砂粉土动水力特性及细粒迁移机制试验。试验结果表明:动-静组合荷载作用下试样的轴向变形呈现出台阶式变化特点;试样的总应力分布随着深度的增加表现出显著的指数减小趋势;孔隙水压力反复经历了动荷载作用下的累积与静荷载作用下的消散过程,并且在该过程中轴向孔隙水压力梯度逐渐对孔隙水形成"抽吸"作用,促使细颗粒产生迁移和集聚。通过分析试样不同层位深度处3种粒径组颗粒含量及有效粒径d10的变化规律,研究了动-静组合荷载作用对饱和砂粉土中细颗粒发生层间迁移流动的影响机制。

某长江穿越隧道竖井淹井处理技术

某穿江隧道竖井由于开挖施工方法不当及地质条件复杂,发生涌水涌砂导致淹井事故,在大型竖井井架及提升系统安装完毕,吸泥、抓泥设备没有施工场地的情况下,采用地面与井内注浆成功地封堵了涌水通道,固结了涌入井筒内的松散砂,从而保证了淹井事故处理的成功。

基于ADCP测量的长江口推移质运动速度研究

利用ADCP测量底床推移质运动是近年来水下泥沙研究的新动向。长江河口南港和北港为粉砂-细砂质河床,采用ADCP定点观测方法对其底床推移质运动速度进行研究。结果表明:近底高浓度悬沙对ADCP现场监测推移质运动可能存在一定的影响,但是其影响不随近底悬沙浓度和厚度的变化而变化;床沙普遍运动是利用ADCP底跟踪方法在野外现场监测推移质运动速度的适用条件;南港床沙普遍运动的临界起动流速为1.0m/s,北港床沙普遍运动的临界起动流速为0.9m/s;在满足床沙普遍运动条件下,Va与τsk的2.1次呈幂函数相关,满足水槽实验研究中两者相关性的结果。说明利用ADCP方法估算推移质运动速度合理有效,可用作底沙输运机制现场研究。

砂-粉混合料小应变剪切模量弯曲元试验研究

为探究细粒含量f_c、相对密度D_r以及初始有效围压σ'3c对饱和砂-粉混合料小应变剪切模量G_(max)的影响,对具有不同f_c,D_r和σ'_(3c)的混合料开展了一系列弯曲元试验.试验发现:随着f_c的增加,Dr=35%,50%的混合料的G_(max)先减小后略有增大,Dr=60%的混合料的G_(max)逐渐减小;当Dr相同时,具有不同fc的混合料的G_(max)都随σ'_(3c)的增大而增大,且G_(max)随σ'_(3c)的增长速率基本保持不变;当σ'_(3c)相同时,G_(max)随孔隙比的增大而减小,f_c对G_(max)随孔隙比增大而减小的速率有明显影响.分析表明:当f_c确定时,Hardin模型能很好地预测G_(max),但随f_c的增大,模型参数A先减小后增大;考虑f_c,e和σ'_(3c)对G_(max)影响的修正Hardin模型能较好地预测不同类别砂-粉混合料的G_(max),且G_(max)预测值的误差基本小于10%.

砂–粉混合料阈值细粒含量的确定

阈值细粒含量FC_(th)是评价砂–粉混合料颗粒接触状态及力学特性的重要参数。基于14类砂–粉混合料的38组试验结果,总结了用以确定FC_(th)的物理和力学特性指标,确定了各类砂–粉混合料的FC_(th),分析了不同指标确定的FC_(th)的差异。当砂–粉混合料的颗粒粒径差异较大时,由静态试验结果确定的FC_(th)明显大于由动态试验结果确定的FC_(th),且Rahman经验公式对砂–粉混合料平均阈值细粒含量FC_(th)的预测不合理。基于纯砂粒土和纯粉粒土的最大与最小孔隙比的理论法预测的FC_(th)值与类圆状砂–粉混合料的FC_(th)有较好的一致性,而理论法对类角状砂–粉混合料FC_(th)的预测值明显偏低。研究结果表明,平均粒径比R_d是评价砂–粉混合料FC_(th)的一个重要指标,随着R_d的增大,FC_(th)先减小,当R_d>10时,FC_(th)先迅速放大,然后趋于基本不变;基于R_d建立的经验公式可较好地预测砂–粉混合料的FC_(th)值。

纤维复合防砂技术在孤岛油田的应用

纤维复合防砂是针对疏松砂岩油藏防细粉砂而提出的一项新技术,对于防细粉砂、气井防砂效果尤为显著。从纤维复合防砂机理入手,进行了特种纤维的耐酸、碱、高矿化度水及其耐高温试验,同时针对孤岛油田进行了纤维复合体的性能评价,并进行了矿场试验,以期为疏松砂岩油藏的防细粉砂难题提供技术支持。纤维复合防砂技术是采用两种可分别起“稳砂”和“挡砂”作用的特种纤维,一种稳砂,将细粉砂变成较大的细粉砂结合体;另一种挡砂,挡住细粉砂结合体进入井筒。纤维的加入大大提高了树脂涂覆砂的强度,延长了防砂有效期。

淤泥质、粉沙质及沙质海岸航道回淤统一计算方法

根据20世纪80年代初提出的淤泥质海岸航道回淤计算方法的基础上,开展了拓展研究,使之统一适用于淤泥质海岸、粉沙质海岸及沙质海岸。主要研究内容有,在波浪和潮流综合作用下挟沙力含沙量研究中引入了特定的泥沙因子F1/F,从而挟沙力含沙量公式不仅适用于淤泥质泥沙,也适用于非淤泥质泥沙;在动力因素方面,除了一般寻常潮和波浪动力外,进一步考虑了风暴潮和破波的巨大掀沙能力造成航道骤淤的可能性。并结合连云港30万吨级主航道扩建及徐圩港区10万吨级航道的回淤问题(包括骤淤可能性问题),京唐港外航道和黄骅港外航道的骤淤问题,进行预测计算及校验计算,结果都是良好的。此外,对杭州湾强潮和涌潮情况下的挟沙力含沙量也进行了校验计算,结果也非常满意。

油井细粉砂防砂工艺技术研究与应用

辽河油田的油井出细粉砂严重,通过防砂基础理论及试验研究,形成了地层深部防砂与携排砂采油技术。在出细粉砂油井及出砂区块进行试验、应用,年平均采取防砂措施300余井次,防砂成功率达90%以上。

论泥沙砾石的起动流速

在泥沙起动的希尔兹曲线基础上,讨论比较了类同的各家试验曲线变化的共同点。即最容易冲刷起动的泥沙粒径为0.1~0.2 mm;再粗或再细,其起动流速渐升。同时,从实用观点考虑,找出了希尔兹曲线和类同试验曲线的经验公式。这些曲线公式,在细颗粒方面,若与用粘聚力或抗剪强度表征的粘性土转换为等效颗粒的公式比较,起动流速的计算结果尚称一致。在粗颗粒方面与一般的起动流速测验资料和公式比较,误差较大,而且颗粒愈大,偏大误差愈大。最后还提供了非正规水流的不同流态情况下寻求河床质起动流速的方法,并作为一例给出了底流式流态情况下防冲块石的起动流速公式。

PVC-U携砾过滤器滤料厚度与阻砂性的相关关系试验研究

针对第四系覆盖层、粉细砂地层成井中存在的问题,结合携砾过滤器的研制,试验并探讨了滤料层厚度与阻砂性的相关关系,初步得出了不同规格滤料理论最小阻砂厚度值。

渤海湾西岸细砂质滩涂冲淤特征及成因分析

介绍渤海湾西岸典型的淤泥质岸滩中细砂质滩涂的水动力条件、冲淤变化及沉积特征,并就其成因加以分析。