水平井控水砾石充填防砂技术研究

为满足控水与防砂的双重需求,解决控水筛管充填难度大及后续地层处理难的问题,通过设计旁通滑套AICD筛管并完善其配套技术,研究了一种水平井控水砾石充填防砂技术。旁通滑套AICD筛管通过增加旁通滑套提供额外液流通道,降低充填压力,通过开关滑套满足地层处理及提液等需求。为验证其可行性,自主搭建了可视化水平井充填模拟试验平台,采集压力、排量等数据,实时记录充填过程,对控水充填进行量化分析及可视化评价,为优化施工参数提供依据。利用该平台开展了旁通滑套AICD筛管与常规AICD筛管水平井模拟充填对比试验。试验结果表明,采用旁通滑套AICD筛管进行砾石充填,排量为0.40 m3/min、砂比为4%时,充填效率可达100%,试验结束后旁通滑套开关状态良好,与常规AICD筛管砾石充填对比,施工压力更低,作业时间更短,砾石充填密实。研究结果表明,旁通滑套AICD筛管结构设计合理,配套的控水充填技术切实可行,为水平井控水防砂完井提供了新思路。      

玄武岩脆性相似材料的起裂和损伤强度特征试验研究

岩石起裂强度和损伤强度是评价硬岩高应力破坏的重要指标。利用可表征玄武岩块体物理力学行为的脆性类岩石相似模型材料,基于Hoek三轴压缩试验与声发射测试,开展了模型材料的变形破坏特征、声发射特性、裂纹起裂与损伤应力阈值水平、岩石起裂与损伤强度特征等方面的研究工作。研究成果揭示了模型材料的硬脆性破裂演化特征,给出了模型材料的裂纹起裂应力、损伤应力阈值,定义了模型材料的起裂强度包络线与损伤强度包络线,探究了玄武岩块体脆性相似材料的起裂强度和损伤强度特征。研究成果可为玄武岩地区地下洞室开挖片帮、岩爆或破裂等应力控制型破坏的预警预报提供一定的技术支撑。     

扩展的朗格缪尔模型在沉降预测中的应用研究

依据三个不同行业工程的现场实测数据,利用常用的几类沉降预测模型与最近几年学者提出沉降预测新方法,提出在沉降预测中适用性较强的扩展的朗格缪尔模型。经对比分析验证,该模型具有精度高、可靠性高、适用性强的特点,可以推广使用。     

基于BOTDA的砂土地基预应力管桩抗拔静载试验研究

针对砂土地基抗拔桩受力性能与荷载传递机理研究不足问题,将布里渊光时域分析（BOTDA）光纤传感技术应用于长江下游地区厚层砂土地基预应力管桩原位抗拔静载试验研究,采用特殊设计的桩身刻槽钻孔、光纤粘贴保护、接桩过程连续植纤等技术工艺,实现了预应力管桩在拉拔过程中桩身受力变形状态的分布式测量与数据精确定位。研究结果表明：在上拔荷载作用下,试验桩桩身轴力沿桩身方向逐渐减小;桩侧摩阻力在下桩发挥效果较好,上桩侧摩阻力较小,全桩长侧摩阻力最大值在桩底;抗拔桩随上拔荷载的增加,轴力逐渐向下传递,向下传递的轴力主要由预制管桩侧摩阻力承担;分布式光纤应变传感技术能较好地监测预应力管桩桩身贯入施工因素对抗拔承载特性的影响。研究结果可在其他类型抗拔桩受力特性监测项目中推广应用。     

基于主动加热型分布式光纤测温技术的土体含水率监测试验研究

长距离堤防渠道工程运行期间易发生渗漏现象,如何实现快速、高效、大范围渗漏监测是保障堤渠工程运行安全的技术难点。基于土体热传导原理,提出了反映光缆温升值ΔT与加热时间t关系的温度临界特征值f。开展基于加热型分布式光纤技术监测不同含水率砂土与黏土的加热升温试验,研究了不同含水率工况下分布式传感光纤在砂土和黏土中温升值与加热时间的关系,同时利用非线性曲线拟合,计算了不同含水率工况下砂土和黏土对应的f值。结果表明,土体温升值和f值均随含水率增加而减小,且与含水率变化趋势的相关性较强,能够借助拟合f值监测并反演不同土质的含水率值,用以实现堤防渠道工程的渗漏险情预警。     

降雨作用下砂土河道岸坡稳定试验研究

由于砂土特殊的物理力学特性，砂土岸坡的失稳破坏过程与一般黏性土岸坡存在明显差别。以厚层砂土型河道岸坡为对象，研究不同降雨强度和岸坡坡比下的砂土岸坡变形破坏过程。共设计5组室内物理模型试验，每组试验均埋设水分计、微型孔压计、引线式温度计，并利用高精度摄像机记录岸坡变形破坏的全过程。试验结果显示：随含水率增大，非饱和砂土黏聚力呈先增后减的趋势，并具有明显的峰值，内摩擦角呈减小趋势；不同雨强及坡比情况下，砂土岸坡的变形破坏机制不同；短历时降雨会在坡体表层形成饱和区，阻止雨水的入渗，砂土层不同深度水分运移各异，雨水入渗并非单一的垂直入渗；岸坡侵蚀破坏在雨水冲刷、降雨入渗及重力侵蚀的耦合作用下发生。试验能够真实反映复杂工况下砂土岸坡的冲刷特性与坍塌破坏全过程，可为多因素共同作用下岸坡稳定分析理论与方法的建立提供参考。     

DDC法复合黄土地基的原位浸水试验研究

针对黄土地区浸水载荷试验研究较少,在湿陷土层厚度为36.5m的兰州和平镇马兰黄土场地进行了持续时间为137d的DDC法复合地基的原位浸水试验研究,涵盖平整后场地的原位增湿、不同工况DDC桩处理地基及布设承台加荷浸水等阶段。试验结果表明：①桩长恒定,三桩间平均挤密系数λac随桩间距L的变化曲线可由Holliday公式表示。②承台总沉降量时变曲线呈现明显的“台阶”状,其陡增状态与水分的向下入渗引起桩侧及底部土体发生多次湿陷有关。③承台总沉降量时变曲线主要包括四个阶段,即陡增阶段、平稳阶段、缓增阶段与趋于稳定阶段;各阶段的拐点,可作为水分竖向运移规律研究的特征点位;各阶段沉降量增长形式差异与剩余湿陷量的发生方式有关。④承台周围地表隆起现象显著于地表沉降,可由地表隆起量的突变点位置及时间研究水分的水平运移规律。⑤DDC工法桩的建议合理间距为1.1m,桩长为20m。     

基于分布式光纤传感技术的二维变形监测试验研究

科学合理的岩土体变形监测是岩土工程稳定性和安全性评价的重要指标，充分发挥分布式传感光纤测量技术特点，基于特殊设计的光纤变形试验装置，提出了一种基于分布式光纤传感技术的二维变形监测方法，开展了5类水平位移与沉降调节工况的传感光纤室内二维变形试验与2组堆石坝工程内部变形实测数据的模拟验证。研究结果表明5类试验工况下40组试验测得其水平位移和沉降绝对误差均小于1mm，该二维变形监测方法的变形监测性能优越。基于200m级坝高堆石坝实测水平位移、沉降数据开展的室内模拟试验，试验结果在曲线形式及量值上均与实测结果吻合度均较高，406 m长的测量断面以测点间距为3.3 m的准分布式监测，测点沉降测量误差为cm级，水平位移测量误差mm级；说明基于分布式传感光纤技术的二维变形监测方法，可满足岩土体变形监测需要，具备良好的应用前景。     

分布式光纤传感技术在高面板堆石坝内部变形监测中的应用

面板堆石坝内部变形监测是评价其变形稳定和安全的重要指标，针对传统监测技术在高面板堆石坝内部变形监测方面的不足，提出了一种基于分布式光纤传感技术的高面板堆石坝内部变形监测方法，在200m级高面板堆石坝中开展应用研究。对比研究了3种光纤布设方式（分别安装于45a型工字钢、6分镀锌钢管和保护沙层中）测量水平位移的可行性，3种布设方式实测结果最大平均差值均小于1.0mm，说明3种方式测量一致性较好。结合数值计算和传统水管式沉降计测量结果，基于分布式光纤传感技术的坝体内部变形结果与数值计算结果基本吻合，且沉降监测结果与水管式沉降计测得量值的平均误差小于10mm，表明本技术可以满足高面板堆石坝内部变形监测需要，验证了基于分布式传感光纤技术在坝体内部变形监测应用的合理性和可行性。