加载方式和应力水平对珊瑚砂颗粒破碎影响的试验研究

对取自西沙群岛的珊瑚砂试样分别开展侧限压缩、三轴压缩、单向剪切和循环剪切4种试验,研究不同加载方式和应力水平下颗粒破碎及粒组转化关系,讨论珊瑚砂颗粒破碎优势区间的分布规律。提出通过颗粒破碎增长率来描述颗粒破碎程度随循环剪切次数的变化情况,发现随着循环次数的增加珊瑚砂颗粒破碎增长率由初始值迅速向0衰减,应力的升高会导致颗粒破碎增长率的衰减加快,颗粒破碎越快趋于稳定。提出当颗粒破碎增长率低于某很小值时视为颗粒破碎已经达到极限值,可在实际工程中将此极限破碎状态下珊瑚砂的力学参数用作设计上的极值,以此作为颗粒破碎影响下最不利或最有利情况。颗粒接触力较高但颗粒之间相对运动不充分的试样发生颗粒破碎后粒组转化缺乏规律性,充分的颗粒相对运动使得颗粒破碎后粒组转化呈现明显的相似性和规律性。粒组含量变化趋势在粒径0.25 mm处由波动变化转换到稳定增长,此阈值粒径随着颗粒之间接触力的增加而减小。颗粒破碎在整个粒径范围内并非均匀分布,而是存在典型的粒径增长区间和粒径丢失区间。在相同的粒径坐标模式下,典型破碎优势区间对应于颗粒级配曲线的转折区域。     

利用Mogi模型预测盐岩储气库地表沉降

 盐岩储气库运营期间腔体体积的蠕变收缩是库区地表持续沉降的主要原因。假设盐腔体积收缩的等效弹性变形引发的地表沉降是实际蠕变沉降的一阶近似量,将盐腔转化为相同埋深、相同体积的球形腔体,并受到均匀向内收缩的弹性等效面力作用,将盐岩储气库地表沉降近似为弹性半无限空间内球型空洞受力收缩导致的边界位移问题。在上述弹性模型的基础上,引入火山地震学中用于预测火山喷发区地表变形的Mogi模型,得到库区地面垂直位移和水平位移的弹性解析解。Mogi模型的优势在于可以直接通过盐腔体积收缩量求得储气库地表位移,并与相同条件下的数值模拟沉降结果有着良好的近似效果,表明Mogi模型在储气库地表沉降预测研究中具有一定的可行性,并给出利用Mogi模型研究盐岩储气库地表沉降的研究方向及建议方法。     

深基坑开挖对邻近地铁隧道影响数值计算分析

基于招商银行深圳分行大厦深基坑开挖工程,考虑隧道衬砌与土的相互作用,采用ABAQUS数值模拟研究了基坑开挖对邻近地铁隧道的影响。计算分析结果表明：基坑开挖对邻近地铁盾构区间产生一定影响,但影响程度较小,沉降与位移值均在规范要求范围之内;地表沉降、隧道衬砌位移随基坑开挖深度加深逐渐变大,在内支撑间距离较大时,沉降与位移增加速率较大;考虑衬砌与土的相互作用,隧道的水平位移值明显低于支护桩,基坑开挖对大直径管道影响计算分析中,应考虑管-土的相互作用。     

层状盐岩细观孔隙特性试验研究

孔隙特性是决定盐岩储库密闭性的关键因素。对层状盐岩中不同岩性的试样开展压汞法测试和电镜扫描试验,分析层状盐岩孔隙率与渗透率的关系,并对层状盐岩的孔隙结构、分布特性及其密封性能进行研究。压汞测试表明：盐岩、泥岩和泥质钙芒硝的孔隙率平均值分别为2.7%,6.0%和2.5%,与常规岩石对比发现层状盐岩的孔隙率处在非常低的水平。孔隙率与渗透率之间存在明显的关系：低孔隙率是低渗透率的充分非必要条件,而高渗透率是高孔隙率的充分非必要条件,高孔隙率的试样有时也会出现低渗透率的情况。对岩体渗透率影响最大的是相互连通的部分孔隙,一旦存在连通的孔隙,渗透率就会显著增加。电镜扫描结果显示,盐岩是典型的晶体构造,内部结构密实,无明显的孔隙存在。泥岩中黏土和有机质颗粒的差异会显著影响其孔隙性质,颗粒粒径大小不一且呈块状或卵石状的区域孔隙大量发育,颗粒均质、呈块状的区域结构密实,孔隙较不发育。泥岩和盐岩的交界面处并不是孔隙发育的区域,泥岩和盐岩相互咬合、嵌入及泥岩细小颗粒的填充使孔隙率降低。含泥盐岩(含盐泥岩)中局部孔隙较为发育,并且连通度较高,是渗流可能发生的区域,建议储气库设计建造时避免将关键部位设置在孔隙发育区域,以保障密闭性。本文的研究成果可为储气库的建造及密闭性分析提供指导。     

应变加载速率对盐岩力学性能的影响

 对盐岩进行不同围压下变应变加载速率的三轴压缩强度与变形特性的室内测试,分析应变加载速率对盐岩三轴强度、轴向应变及侧向应变以及破裂形式等物理力学性质的影响。在所测试的应变加载速率范围内,加载速率对盐岩三轴强度的影响可分为3个阶段：无明显影响的弹性阶段、强度差异形成的塑性阶段初期、强度差异保持的应变硬化阶段,最终的结果是抗压强度随着加载速率的提高而增大。对试验后岩样的破坏形式进行细观分析可知,高应变加载速率对盐岩内部结构造成的破坏更明显,裂纹长度大且外观明显,与低应变率下的裂纹破裂形式有显著的差异。对三轴试验后的岩样进行单轴压缩测试,发现三轴试验时的应变率较大,试验后岩样的弹性模量越小,表明高应变率导致盐岩的结构破坏更严重,对盐岩的内部损伤越大。对比不同围压下的试验数据并结合其他单轴试验下的研究结果,得出围压是加载速率对盐岩性质有无影响的先决条件,并且围压越高加载速率对盐岩力学性质的影响越明显的结论。以本次试验研究所得成果出发,结合实际工程中盐岩溶腔的各种用途以及建造、运营的各个阶段内不同的盐岩应变率进行分析,提出对工程有益的建议。     

两种不同沉积类型界面盐岩力学特性试验研究

 金坛含盐系为一套浅湖相–泻湖相–蒸发岩相成盐构造,由机械沉积与化学沉积作用共同形成;潜江含盐系湖盆环境为常年性较深水分层盐湖,主要在深水、缺氧、静水环境下以机械沉积形成,因此2种沉积类型界面并不相同。针对2种不同沉积类型界面盐岩,分别进行单轴、三轴压缩及剪切试验研究,深入分析试验过程中盐岩力学特征变化情况及其力学含义,同时对试样破坏特性进行对比分析。研究发现：2种界面盐岩试样都表现出较好的延性特征,未发生崩溃式破坏;裂纹集中分布于界面处,纯盐岩段均少见裂纹生成,与金坛盐岩试样相比,潜江盐岩界面对试样变形的限制作用更突出;2种界面盐岩试样剪切峰值应力与纯盐岩相当,说明界面剪切破坏由盐岩的力学特性决定。研究成果对进一步深入研究我国不同地域层状盐岩地下储气库选址与建设具有一定参考意义。     

基于直剪试验的金坛盐岩力学特性研究

 采用RMT–150C试验机对江苏金坛拟建储气库埋深段盐岩试样进行一系列直剪试验研究。将盐岩作为多晶聚合体考虑,深入分析试验过程中的剪切应力、剪切变形、剪胀以及破坏特性。试验结果表明：盐岩剪切破坏是一种延性破坏,盐岩剪切峰值对应的剪切位移一般为4～6 mm,个别试样可达7～8 mm,且整个剪切应力–剪切位移曲线都较平缓,剪切峰值不明显,这主要是由于局部位错交替导致的;得到盐岩抗剪强度参数c,? 值分别为3.16 MPa,44.7°;发现残余强度基本上与法向应力呈正比例关系,且残余应力较大,约为峰值应力的50%～80%,表明盐岩摩擦承载能力较强;盐岩剪胀终止发生在峰值应力之后、残余应力之前,且在较大法向应力作用下剪胀起始应力与剪胀终止应力接近;盐岩的剪切破坏位置不是一个面,而是一个破碎带,破碎带上下一定范围内有不同程度损伤;表面局部有明显擦痕,类似于摩擦学的“犁沟效应”,有利于提高其抗剪能力。试验研究成果对深入理解金坛盐岩破坏机制及地下盐岩储气库稳定性研究具有一定的参考价值。     

船岸界面与罐区区域应急联动机制研究

石油化工码头船—岸—线相连,易燃、易爆物资中一旦泄漏将导致火灾爆炸,很容易发生连锁反应,造成事故升级。本文以"船舶靠离泊及装卸作业"这一课题为研究对象,对"应急组织机构、应急预案及演练、应急资源储备、应急联动模式"四方面对石油化工码头与罐区间的应急联动现状进行分析,并从"联动机制、应急演练"等方面提出了建议。