天然气水合物储层泥质细粉砂挡砂介质堵塞规律与微观挡砂机制

中国南海海域部分天然气水合物储层中地层砂为高泥质含量细粉砂，开采防控砂难度较大。针对高泥质细粉砂挡砂机制问题，使用粒度中值为10.13 μm的泥质细粉砂样品，模拟单向气液携砂流动条件，使用绕丝筛板、金属烧结网、金属纤维、预充填陶粒4类挡砂介质在20~80 μm挡砂精度下进行挡砂模拟实验，采用显微成像系统观察挡砂介质内部及表面砂粒沉积与堵塞动态，分析介质流通性能和挡砂性能变化，总结堵塞规律、微观挡砂机制与形态及其控制因素。研究结果表明，不同类型和精度的挡砂介质对泥质细粉砂的堵塞总体呈现堵塞开始、堵塞加剧和堵塞平衡3个阶段。随着驱替进行，挡砂介质渗透率逐渐降低，幅度会高达90%以上；同时过砂速度减缓，最终过砂率为5%~10%。根据堵塞规律和微观图像分析，提出了粗组分分选桥架、局部砂团适度挡砂、整体砂桥阻挡等挡砂介质对泥质细粉砂的3种微观挡砂机制。以粗组分分选桥架挡砂机制为主的挡砂工况下，挡砂介质堵塞渗透率较高，但过砂率超过15%，挡砂效果较差；以整体砂桥挡砂机制为主时，过砂率在10%以下，挡砂性能较好，但各类挡砂介质的堵塞渗透率不足1 D，流通性能较差。局部砂团适度挡砂机制为主时介质挡砂性能及流通性能介于两者之间。挡砂介质对天然气水合物储层泥质细粉砂的微观挡砂机制和形态受挡砂介质类型、精度、地层砂特征以及流动条件等因素控制，其规律对于水合物泥质细粉砂防控砂优化有指导意义。     

三峡库区奉节县新城区T2b3泥质灰岩斜坡变形破坏模式的现象学研究

三峡库区奉节县新城区边坡,由于其变形破坏的成因机制和破坏堆积体的特殊性质,成为三峡库区地质灾害防治和边坡防护工程的重中之重,其主要地层“巴东组”第3段泥质灰岩也成为学术界和工程界多年来争论的焦点问题之一。通过现象学的研究方法,对泥质灰岩边坡变形破坏成因机制得到如下认识:(1)“巴东组”第3段泥质灰岩岩性脆且易碎,“渗入性”风化导致了大范围岩体强度降低并形成“酥松”结构;(2)边坡岩层通过切层压裂和沿陡倾和中倾节理的重力滑移剪切破坏,形成岩层的结构松动和逐级错动的重力弯曲现象,使边坡岩体的结构强度显著降低;(3)“巴东组”第3段泥质灰岩边坡破坏所形成的堆积物成分均一、完全无规则排列、无滑坡滑动面(带),不是滑坡和崩塌堆积物,而是边坡一定范围结构崩溃解体的产物;(4)“巴东组”第3段泥质灰岩边坡的变形破坏过程是由于风化引起岩石力学性质弱化和重力变形导致岩体结构松动,直至整体结构崩溃的复合过程。     

白垩系泥质粉砂岩岩基强度试验研究

白垩系泥质粉砂岩是一种极软质岩石，具有成岩差、易风化、易崩解等特性。该类岩石以中-微风化为主，软化系数小于0．75，孔隙率、吸水率低，裂隙贯通性差，具有较大的地基潜力。针对长沙地区泥质粉砂岩的这一特殊性，进行了室内单轴抗压试验、岩基载荷试验和高压旁压试验的对比研究。通过试验发现，按现行的《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)确定的地基承载力往往偏低，并对不同规范在该类岩石地基嵌岩桩的设计取值上的差异进行了分析。当采用岩石单轴抗压强度确定地基承载力设计值时，应根据不同嵌岩深径比(hr／d)乘以相应的发挥系数，给出了嵌岩段总阻力的修正公式，得出了比较符合当地实际的结论，给出了工程实例。对同类地区相同桩基的设计、研究具有指导意义。     

泥质粉砂岩高围压三轴压缩松弛试验研究

高应力条件下应力松弛特性是岩石长期力学特性研究的重要方面,开展了泥质粉砂岩围压为15~35 MPa的三轴松弛试验研究。高围压下应力松弛曲线的分析表明,岩石的应力松弛可以分为衰减松弛和稳定松弛两个阶段。当松弛初始应力水平较低时,试样主要以衰减松弛为主,很快趋于稳定,当松弛初始应力水平接近岩石峰值应力时,应力松弛明显增大,并出现明显的稳定松弛阶段。不同围压条件下,试样松弛曲线对比分析表明,松弛初始应力水平较低时,岩石处于黏弹性阶段,围压对岩石松弛特性的影响相对较小,随着松弛初始应力水平的增大,当应力水平接近峰值应力时,岩石的应力松弛将随围压的增大而减小。基于三轴松弛试验结果的分析,建立了能够反映泥质粉砂岩三轴松弛特性的西原模型,并验证了模型的合理性。     

冲击荷载作用下含水泥质粉砂岩的损伤规律研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对泥质粉砂岩进行了不同含水状态下的动态力学性能试验,分析了含水率变化对泥质粉砂岩动力特性的影响,并基于连续损伤理论及统计强度理论建立了泥质粉砂岩的动态损伤力学模型,得到了相应的损伤演化规律。研究结果表明,采用基于Weibull分布建立的动态时效损伤模型,其理论拟合曲线与实测曲线具有较好的一致性,损伤参数F0与弹性模量及冲击速度有一定的相关性,弹性模量越大,损伤参数F0也越大,含水率的变化对岩石动力特性具有较大的影响。     

江西白垩系泥质粉砂岩崩解试验研究

对南昌地区泥质粉砂岩典型出露地段开展现场调研并取样测试其基本物理力学性质,同时进行了静态崩解试验和岩石的耐崩解试验,从能量耗散原理的角度分析了泥质粉砂岩静态崩解过程中吸收的能量向表面能转化的规律。试验结果表明:水和温度—岩的相互作用是加快泥质粉砂岩风化的主要外部营力;泥质粉砂岩的静态崩解由碎块状过渡到粒渣状、泥糊状,可按崩解物形态划分为剧烈崩解、细微崩解和崩解稳定三个阶段,崩解过程中其表面能累计增加量随崩解次数增加而增加,而单次表面能增量趋于减小;耐崩解试验中,泥质粉砂岩耐崩解性指数随循环次数的增大呈负指数关系递减。试验结果对于工程实践中如何抑制红层软岩崩解并保持其完整承载能力、或对其预崩解处理促进其快速崩解达到稳定的颗粒级配状态具有一定的参考价值。     

考虑浸泡水温影响的泥质粉砂岩破坏过程声发射特征试验研究

高地温水工隧洞、深部矿山工程中温度的变化对地下岩体的物理力学性质具有重要影响,目前不同水温浸泡下岩石破裂相关研究较少。本文将泥质粉砂岩置于自然干燥以及28℃(常温)、40℃、50℃、70℃、100℃共五种不同温度的水中浸泡至饱和,然后开展单轴压缩试验,研究了泥质粉砂岩的物理力学及声发射特征。研究结果表明:温度对泥质粉砂岩含水的影响存在一个临界转换点(本研究为40℃),当温度在28~40℃时,岩石含水能力被"弱化",当温度大于40℃时,泥质粉砂岩含水能力被"增强"。在28~100℃中,温度对泥质粉砂岩物理力学性质起"增强"作用,表现为弹性模量增加,刚度提升。当水温从28℃升高到40℃,声发射时域活动性增强,水温从40℃提高到100℃时,声发射时域活动性减弱。声发射能量b值和熵值曲线较好地体现了裂纹演化规律,水温越高,在形成主裂纹过程中,伴生裂纹出现的概率越低。     

干湿循环作用下泥质白云岩能量机制试验研究

为研究干湿循环作用下泥质白云岩力学特性和能量机制,利用MTS851.03岩石力学试验系统分别对干湿循环0次、40次及60次试样进行三轴压缩试验,分析了3种状态下泥质白云岩损伤破坏过程中的能量演化规律,并以可释放弹性应变能为统计分布变量,基于Weibull分布建立泥质白云岩的损伤统计本构模型。结果表明:3种状态下试样峰值强度与围压的回归关系符合主应力表达的Mohr-Coulomb准则特征;泥质白云岩试样能量实时演化过程具有阶段性;干湿循环作用使泥质白云岩的内部损伤和塑性变形加强;峰值点处试样各应变能随围压线性增大,储能极限随干湿循环次数逐步减小;以可释放弹性应变能为统计分布变量建立的损伤统计本构模型能较好模拟试样三维条件下的应力-应变关系。     

裂隙水致泥化软岩巷道综合控制工程实践

裂隙水影响的极软岩巷道比一般软岩巷道变形破坏机制更为复杂.通过实践得知,治理此类裂隙水影响的软岩巷道的关键是控水,在成功阻断了裂隙水的泥化作用后,再配合高强预应力支护体系即可有效控制此类软岩巷道.在实践中提出了锚网梁索(桁架)高强度预应力支护体系与围岩内注浆为基础的综合控制围岩技术.通过在淮北矿业集团祁南煤矿裂隙水患严重的"三软"煤巷的支护实践,取得了大量的经验.该控制方法也成功地用于后续类似条件巷道.