灰坝辐射井排渗系统立体设计方法与数值仿真分析

设置辐射井排渗系统是降低粉煤灰坝坝体浸润线的有效手段,已经在多个工程中应用,效果显著。决定辐射井的排渗效果的关键在于辐射管的布设,特别是在已成工程中设置辐射井时,由于灰面以下地形复杂,辐射管长度、角度均受制于地层情况和库底地形条件,传统的平面设计方法很难充分考虑这些因素,常常会导致辐射管布设不合理、排渗效果不理想。基于三维立体建模技术和布尔运算的灰坝辐射井排渗系统三维立体设计方法能有效地避免以上问题,达到精确设计并指导施工的目的,并可以与渗流仿真分析无缝结合,是进行辐射井设计和验证的先进而有效的手段。结合灰坝辐射井排渗工程实例,提出了辐射井三维立体设计方法,并采用数值仿真分析验证了设计的合理性,证明三维立体设计方法的可行性。     

振冲碎石桩在加固灰坝地基工程中的应用

以前根据电厂容量灰场往往一次建成，一般灰坝为不透水坝，由于排渗系统不够完善，导致库内灰渣沉积层始终处于饱和状态，给后考虑加高带来了许多困难。本文介绍了振冲碎石桩在加固谏壁电厂，景德镇电厂两个贮灰场工程中取得成功的实例，并对设计，施工中应该注意的问题提出了自己的观点。     

一种三维立体排渗方式在细粒级尾砂筑坝中的应用

为了实现细粒级尾砂用于尾矿库上游法筑坝,需解决细颗粒尾砂抗剪强度低、固结排水难的问题,提出组合运用土工合成材料作为尾矿库堆积坝三维立体式排渗系统。通过建立某尾矿库二维有限元渗流计算模型,对比不同方案下尾矿库渗流场情况,得出该排渗方式的合理有效性。结果表明,采用水平土工席垫+垂直塑料盲沟排渗技术可以有效降低坝体浸润线,最大降幅达230.43%;排渗系统对降低渗透比降有明显作用,可减小堆积坝体发生渗透破坏可能性。     

尾矿库加高扩容坝体动力反应与抗震性能分析

地震是引起尾矿坝事故的主要原因之一,对尾矿坝抗震性能的准确评估对于预防尾矿坝震害具有重要意义。尾矿坝的抗震性能包括液化可能性、动力稳定性和永久变形3个方面。以云南省狮子山铜矿的大沙河尾矿库加高扩容工程为背景,基于有限元时程分析法,对该尾矿坝在现状条件下、直接加高后和加高中增设排渗措施3种条件下的动力反应和抗震性能进行了计算和分析。结果表明,浸润线对尾矿坝的抗震性能有至关重要的影响。尾矿库加高扩容后,浸润线有明显抬升,在地震作用下会导致下游坡面发生液化,产生较大的永久变形,安全系数降低至规范值以下;采取增设坝体排渗设施后,有效地降低浸润线的埋深,能显著提升坝体抗震性能,使其满足相应抗震设防要求。另外,地震作用下尾矿坝的加速度放大系数相对较小,与坝高并非呈单调关系,这些特点与土石坝有差别。采用滑动位移分析法、等效节点力法和简化弹塑性分析法对尾矿坝的永久变形进行了计算,尽管具体量值和表现形式有明显差别,但均表现出永久变形随总坝高增高而增大、随浸润线降低而减小的趋势。     

垂直、水平联合自流排渗法加固坝体的研究

垂直 水平联合自流排渗体是目前国内领先的尾矿坝体降低浸润线的方法 ,它采用了竖直渗井与水平排渗管双重同步自流排渗原理 ,具有排渗量大 ,排渗效果显著 ,浸润线降低幅度大 ,不需动力和维护 ,施工简单快捷 ,投资费用低等优点 ,而适用于各种类型尾矿坝体侵润的降低 ,使坝体保持稳定。     

辐射井排渗系统在灰坝工程的应用实例

某电厂贮灰场,属山谷型灰场,电厂灰渣采用“湿排”法,由管道通过高压输送到6 km以外的灰场储存。灰场灰坝采用分期建设方式,初级坝为透水式土、石混合坝,后级采用灰渣(粉煤灰)逐级加高构筑子坝。灰坝中设计了配套的排渗系统,灰坝1985年投入使用,自使用以来逐渐出现几个主要影响     

磷石膏尾矿坝渗流场与稳定性分析

针对大峪口磷石膏尾矿坝的实际情况,设定多种运行工况。运用饱和-非饱和渗流理论,分析磷石膏尾矿坝在各种工况下的渗流场。渗流场分析结果表明,干滩长度变化以及排渗垫层的淤堵程度对浸润线的影响十分明显,干滩长度越长,坝体浸润线越低;排渗垫层淤堵越重,浸润线越高。在渗流场分析的基础上,运用饱和-非饱和边坡稳定性分析方法,对坝体进行稳定性分析,得出不同工况下坝坡的安全系数。坝坡稳定性分析结果表明,在当前实际运行坝高180m时,最小安全系数为2.27,坝体是稳定的。不同工况下的安全系数均满足技术规程的规定。     

贮灰库渗流控制及三维等参元数学模型的应用

燃煤电厂粉煤灰的贮放多用水力冲填法,贮灰库内形成渗流场。本文从粉煤灰特殊的物理力学性质出发,阐明加强排渗设施,缩小贮灰库下游饱和区范围的重要意义,并分析了几类灰坝的排渗型式,指出贮灰库设计和研究的趋势;同时介绍了伽略金法和等参数单元在贮灰库排渗模拟中的应用,指出渗透系数的各向异性对贮灰库渗流的影响程度。模型采用了多种形态的等参元,用较高阶空间等参元模拟排渗干扰井群,效果良好。     

上游式尾矿坝的固结及静动力稳定分析

结合四方金矿尾矿库工程项目研究碎石桩加固初期坝地基对坝体稳定性的影响。首先,采用限动层加振冲碎石桩的方案对初期坝地基进行加固,并通过排水固结法计算了碎石桩在不同深度时,固结度随时间的变化规律,确定了最优的加固方案;其次,基于实际工程地质勘察和室内试验的研究成果,利用SEEP3D反演分析了其渗流结果;最后,采用基于有效应力法的EFES-3D计算程序对尾矿库初期坝地基在碎石桩加固前后进行了静动力计算和坝坡稳定性分析。可以看出,利用碎石桩加固初期坝可以使坝体沉降量增大,坝坡顺河向位移减小,并且降低了坝体液化的可能性,使坝体的抗滑稳定明显提高。     

王家坪尾矿库库水顶托对栗西尾矿库渗流稳定性的影响

王家坪尾矿库位于栗西尾矿库下游,其运行后将淹没栗西尾矿库初期坝,进而对栗西尾矿库形成顶托作用,显著影响栗西尾矿库坝体渗流稳定性。基于三维渗流有限元理论,研究拟定排渗方案下,不同库水顶托作用对栗西尾矿库地下水埋深的影响。研究表明,顶托作用对栗西尾矿库主坝体内浸润线埋深影响很小,但对初期坝内水位影响很大。本文研究为其他类似工程的建设提供了有益的借鉴。     

沧州某大型坑填地基的工程特点与加固处理

对沧州某大型坑填地基的工程特点进行了分析,提出多个地基处理方案,经过技术与经济比较,最终采用复合载体夯扩桩施工技术方案进行了加固处理,达到了预期效果。在施工过程中,利用护筒中重锤的冲击能,将夯实的建筑垃圾层一锤一锤地击碎、挤向周围,并及时将护筒跟进,有效地穿越夯实的建筑垃圾层,同时又对该层产生了进一步挤密的作用,达到对其下部实施加固处理的目的。针对场地地下承压水对施工的影响,采取了打减压孔、孔底封堵、局部降水等有效措施,成功地解决了场地地下承压水的问题,确保了每根复合载体夯扩桩的施工质量。     

抽采长度对煤层气开采效果的影响分析

 运用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展三维应力状态下煤层气开采物理模拟试验,分析不同抽采长度条件下煤储层内气体压力参数的动态演化规律。研究表明：不同抽采长度条件下,气体压力都是从钻孔中心周围开始下降的;抽采前期气体压力下降显著,随着抽采时间的延伸,各测点气体压力值变化速率减小;随着抽采长度的增加,气体压力梯度较大的区域明显扩大,同时会提高瓦斯的解吸速率,抽采效率提高。抽采断面上的等压线则以钻孔为中心,呈圆环状分布,气体主要是汇流至抽采钻孔,层面流场中等压线则以钻孔为对称轴呈漏斗形分布。抽采长度对突出危险消除区域出现时间影响不大,但随抽采长度增加,消除突出危险性所需时间减少;由于应力集中区应力大、解吸速率慢,消除突出危险性抽采所需时间较其他区长。研究成果可为现场合理布置抽采钻孔,提高抽采效率以及确定合理的抽采时间提供一定的理论依据。     

Laboratory and field verification of a new approach to stress measurements using a dilatometer tool

A new method is proposed for in-situ stress measurements. The stresses are estimated from the borehole pressure required to open axial fractures emanating from the borehole, similar to hydrofracture stress measurements. However, the borehole is pressurized by inflation of a dilatometer, such as a packer and a sleeve, and the borehole pressure to reopen the fractures is detected from circumferential deformation of the borehole. The fractures are induced by hydraulic fracturing or sleeve fracturing in advance. To demonstrate this method, we developed a new dilatometer tool. The tool consists essentially of a packer around which deformation transducers sensitive to circumferential strain are affixed at 10°–30° intervals. The packer is inflated to touch the borehole wall, and then the packer pressure is increased step-wise and the resultant strains recorded. Initially, the circumferential strain developed around the borehole is radially symmetric. However, this becomes strongly asymmetric once the fractures begin to open. Thus, the records of strain at different locations around the borehole indicate both the reopening pressure and the orientation of fractures. In the case of a vertical borehole, the detected reopening pressure allows us to estimate the maximum horizontal stress on condition that the minimum horizontal stress is estimated using other approaches.     

采用孔隙热弹性模型分析页岩井眼失稳规律

基于多孔介质连续力学,考虑各向异性页岩的热流固耦合作用,建立了各向异性多孔介质孔隙热弹性力学基本方程和页岩地层井眼稳定分析数学模型,采用MATLAB软件编制了数值求解程序,分析了流固耦合、热固耦合、热流固耦合三种不同耦合模式下井周孔隙压力、地层温度、应力分布和井眼稳定性随时间变化的特征。结果表明:数值解与解析解计算结果吻合较好(误差仅0.028%),实例井井眼扩径率计算结果与实际情况基本吻合,验证了本文模型和方法的正确性;温度和孔隙压力的改变对井周应力分布影响较大,地层温度降低、井内压力增加有利于井眼稳定,孔隙压力升高不利于井眼稳定;页岩地层井眼稳定性具有显著的时变效应,随着钻开地层时间的增加,井眼不稳定区域和井眼扩径率逐级变大。孔隙热弹性力学分析方法可用于分析不同时间的井眼失稳规律,可为解决页岩井眼失稳问题提供更加科学的计算手段和方法。     

多场耦合作用下泥页岩地层强度分析

研究多场耦合作用下井眼围岩的强度变化问题。在石油钻井环境中，钻井液中存在多种化学成分，钻井液时刻与井壁发生作用，导致井眼周围岩石力学参数为时间的函数。在实验基础上得到岩石强度参数与含水量的关系，基于渗流力学理论，建立孔隙压力与岩石黏聚力及内摩擦角的关系，为研究化学作用对强度参数的影响提供前提，进而进行多孔介质多场耦合作用下的应力分析，建立化学作用对岩石强度参数影响的关系模型。所得结论可深化对泥页岩井壁稳定性的认识，具有一定的工程实用价值。     

基于非线性反演的井壁稳定随钻预测方法

常规井壁稳定预测方法计算量大、操作繁琐、适用范围有限,严重影响其实钻应用效果。通过考察声波速度、地震记录及井壁稳定参数之间的定量关系,建立起利用地震资料直接反演孔隙压力、地应力、岩石强度的模型。根据反演模型的非线性特征,结合井壁稳定参数的地质统计特性,运用随机地震反演方法预测待钻地层的孔隙压力、地应力、岩石强度,并根据反演结果进一步预测井壁稳定性。在实钻过程中,利用录井资料的实时分析和井壁稳定参数的分层地质统计模型,对钻头前方地层的井壁稳定性进行随钻预测。在川东北元坝气田的应用情况表明,本方法的综合性能相比常规方法有明显提高,具有较强的随钻预测能力。     

水压诱发裂缝拉伸与剪切破裂的理论模型研究

 基于断裂力学理论,分别研究水压诱发的拉伸与剪切破坏特征。在水压诱发拉伸破坏方面,建立考虑井筒影响的地应力与水压耦合下的射孔尖端裂缝应力强度因子计算方程,推演该条件下拉剪复合应力状态下的断裂准则以及临界水压和启裂角的计算式。运用该方法从理论上分析了井筒周围存在对称的2条裂纹时,启裂水压和角度受射孔倾角、射孔长度、井筒半径及主应力差的影响。研究结果表明,依据推演的拉剪复合型断裂准则计算得到的射孔启裂水压和角度与试验结果吻合良好。参数分析表明：随着射孔长度或井筒半径的增加,临界水压减小。在水压诱发剪切破坏方面,则根据裂纹面的应力状态,分别推导裂纹处于压剪闭合状态和压剪不闭合状态下,水压诱发剪切破坏的断裂准则,并考虑非奇异应力对剪切断裂的影响,进一步推导压剪闭合应力状态下发生剪切破坏的临界水压计算公式。     

流固耦合作用下水平定向孔壁稳定性分析

孔壁失稳是目前水平定向钻进工程中经常遇到的一个实际问题,尤其是在地表的第四纪松散地层中钻进孔壁失稳更是屡见不鲜,严重影响工程施工。针对以往研究中没有考虑渗流场对孔壁稳定性的影响问题,本文在Biot固结理论的基础之上,建立了应力场和渗流场耦合数学模型,采用有限元方法对所建立的模型进行求解。通过对某一水平定向钻进孔壁稳定性进行数值模拟,分析了在流固耦合作用下地层孔隙压力、有效应力和位移的变化规律,并分析了在不同的冲洗液压力下,地层沉降情况。研究发现,在定向钻进过程中,流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为钻进过程中避免孔壁失稳,合理选择冲洗液及冲洗液压力提供理论依据。     

西藏林芝地区冰川降雨型泥石流起动实验初步研究

 近年来,由于全球气温升高,导致西藏地区泥石流暴发频率增加,其中包括冰川降雨型泥石流灾害。以西藏林芝地区的冰川降雨型泥石流为研究对象,首次通过观测冰川降雨型泥石流起动过程中水位、孔隙水压力等变化特征,得到水位、孔隙水压力与堆积坡度、堆积厚度的关系以及沟道物质起动特征,根据水位、空隙水压力的时间变化特征,得到不同试验条件下水位与孔隙水压力的相互关系。通过相似物理实验,分析实验过程中流量、流深、流速等参数与泥石流堆积坡度、堆积厚度的关系,并将冰川降雨型泥石流起动分为前期饱和阶段、起动阶段、堆积阶段。由相似比得到研究区典型冰川泥石流起动的流深、流速等野外观测结果与实验结果与一致,为研究区冰川降雨型泥石流的研究提供参考。     

Sensitivity analysis of effective parameters on water curtain performance for crude oil storage in Iranian URC using the 2k factorial design and numerical modeling

Underground storage of hydrocarbons in unlined rock caverns (URC) has advantages over above-ground storage in terms of safety, environmental protection and economy. However seepage of products can cause many environmental and economical problems. Water curtain system is used as a part of hydrodynamic method to control seepage. Water curtains system is composed of a network of underground galleries and horizontal boreholes drilled from these galleries to establish groundwater pressure artificially. Iranian crude oil unlined storage caverns are to be excavated in Asmari limestone formation. This study aimed to clarify the effects of effective parameters on water curtains performance in the establishment of water pressure. To aim this purpose 2^k factorial statistical experimental design and numerical modeling using FLAC3D has been employed to evaluate the performance of artificial water curtain systems under various conditions include equivalent permeability and effective porosity of Asmari limestone, borehole pressure, borehole spacing and elevation, groundwater level and operation time of boreholes before the storage operation. The results showed that borehole pressure, permeability, borehole elevation and porosity have most significant effect in order of magnitude respectively. Regression model for 2^k factorial design was presented as well.