浅埋软岩隧道式锚碇稳定性原位模型试验研究

为了研究高拉拔荷载作用下浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇的稳定性(强度特性、变形规律及长期稳定性),以某在建的长江大桥隧道式锚碇工程为依托,开展了缩尺比例为1∶10的浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇原位模型试验(蠕变试验、极限破坏试验)。研究发现:浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇具有较高的承载能力,在设计荷载甚至在高于设计荷载几倍的荷载作用的情况下,其蠕变变形呈现出基本上趋于稳定的趋势,具有一定的长期稳定性。其破坏模式为锚塞体上方的岩体破裂成块体状,锚塞体下方沿与岩体接触面产生整体错动,破坏的下边界为锚塞体与岩体的接触带,锚塞体混凝土未发生破坏。此外,还探讨了在高拉拔荷载作用下,锚塞体地表围岩蠕变变形的空间分布规律以及锚塞体地表围岩、深部围岩各部位的变形规律。研究成果可为类似的工程提供参考和借鉴。     

不同水损伤程度下泥岩断裂力学特性试验研究

为研究不同程度水损伤作用对泥岩断裂力学特性的影响,对水中浸泡不同时间条件下的泥岩半圆盘试件进行三点弯曲试验,同时利用PCI–2型声发射系统对泥岩试件的断裂全过程进行实时监测。结果表明:天然泥岩的断裂力学行为受水–岩作用影响显著,随着浸泡时间的增加,其峰值载荷不断下降,浸泡200 min后,该泥岩纯I型至纯II型断裂韧度分别降低至未损伤条件下的53%,56.5%,61%,64%,64.7%和67.6%,且泥岩的断裂破坏形式由脆性逐渐转变为延性。通过声发射定位确定了不同损伤程度下泥岩半圆盘试件中断裂过程区长度,随着损伤程度加深,断裂过程区长度逐渐减小,声发射事件累计总数不断增加;同时,将试验得到的等效断裂韧度与纯I型断裂韧度的比值与引入T应力后改进的最大周向应力理论比值进行比较,表明在未浸泡及短时间浸泡条件下试验结果符合该理论结果;但随着损伤程度的加深该试验结果拟合曲线逐渐偏离理论曲线,浸泡时间达到200 min时,该偏离情况较为明显。     

膨胀性泥岩的非线性强度变形特性试验研究

膨胀性泥岩在不同围压下的固结不排水三轴试验的结果表明泥岩的应力应变关系呈应变软化特性,峰值强度、残余强度及残余强度比均随围压的增大而增大.根据应力应变关系的试验结果,分析了膨胀性泥岩的割线模量和发挥内摩擦角,结果表明割线模量和发挥内摩擦角均随围压的变化而变化,且拟合了割线模量和发挥内摩擦角与应变的关系.     

抗裂纤维加固泥岩泥化物固化体试验研究

针对某矿区掘进巷道的底板泥岩泥化物,研制了一种高效固化剂,将该固化剂和聚丙烯抗裂纤维用于泥岩泥化物的加固工程中.通过正交试验,研究了纤维固化体的抗压强度、弹性模量、破坏应变与纤维固化体配比之间的关系.研究表明,泥岩泥化物纤维固化体具有较好的强度与抗变形特性,可作为巷道路面的基层材料.     

饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响

在进行渗透试验时,对于高渗透性的过渡料,主堆石、次堆石采用水头饱和;对于中渗透性、甚至是低渗透性的垫层料,采用抽气饱和则可节约很多时间。由于地质构造等原因,岩体中也常含有泥岩夹层。因此有必要探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透系数的影响。针对无锡马山抽水蓄能电站水库大坝的填筑材料,利用粗粒土渗透仪进行一系列的渗透试验,探讨饱和方式和泥岩含量对堆石料渗透性的影响。研究结果表明,饱和方式对堆石料渗透系数的影响不大;堆石料中泥岩含量增加,渗透系数减小,当泥岩含量足够大时,堆石料的渗透系数将变得很小,堆石料的渗透系数与其泥岩含量之间存在负指数关系。     

泥岩高边坡锚索预应力变化规律分析

通过对泥岩高边坡锚索预应力变化规律进行系统监测和资料分析,探讨泥岩高边坡锚索预应力的锁定损失,短、长期变化规律及降雨、补偿张拉对预应力的影响。锚索锁定时的预应力损失,主要是由于锚具回缩导致,平均预应力损失为12.8%。锁定后预应力的变化规律可分为3个阶段:第1阶段为锚索预应力的急速下降期,时间为15 d左右,预应力损失率约6.2%;第2阶段为缓慢下降期,持续约6个月,该段时间预应力损失率约8.1%;第3阶段为基本平稳期,锚索预应力基本平稳,仍然有所下降,但是下降的幅度已经很小。强降雨会使预应力有不同程度的增加,增加率为1.9%～3.1%。补偿张拉能明显提高锚索预应力,同时还可以减缓预应力损失的速率。     

非饱和岩石温度-渗流-应力耦合模型研究

以研究岩石孔隙比和含水量两个基本量为出发点,考虑温度对渗流黏滞系数和孔隙比的影响、温度梯度引起的流体流动以及流体流动引起的热对流的影响,应用修正的Darcy定律、Fourier定律等,推导出非饱和岩石在温度–渗流–应力耦合作用下的平衡方程、流体物质守恒方程、气体质量守恒方程和能量方程。并将建立的多场耦合力学模型应用于一泥岩竖井的开挖、支护过程,重点分析围岩和衬砌内温度场、渗流场的变化规律,以及泥岩竖井在开挖、支护和运行过程中饱和度的变化规律。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及高寒地区的隧道工程设计与施工具有重要的指导意义。     

银参4井钻井设计与施工

银参4井是中石化在银川地区的第一口参数井,设计井深为4300 m,完钻井深4124.23 m,钻探目的是了解银川盆地地层层序及清水营组烃源岩发育情况。针对该井在钻井过程中存在的上部地层胶结疏松易垮塌、干河沟组在砾石层易憋跳钻、清水营组地层流体侵入污染泥浆、钻遇到大段未预知的盐膏层、清水岩组泥岩存在裂缝导致钻井液漏失等复杂情况,在设计井身结构、优选水力参数时考虑了已经预知的潜在复杂因素,施工时全井大段采用直螺杆加防斜钻具组合大排量轻压吊打,有效防止了憋跳钻,避免了钻具事故,取得了较高的钻井速度,控制了良好的井身质量,探索了适用该区盐膏层段的钻井液体系,并且创造了该区块444.5 mm钻头机械钻速最高纪录(39.09 m/h)。     

断层对盖层的动态破坏及其对油气输导的影响——以渤海湾盆地歧口凹陷港东断裂为例

断层对泥岩盖层破坏程度的静态评价在分析油气垂向输导时具有一定的局限性,采用动态评价方法可预测油气沿断层突破盖层的时间及油气成藏区域。以地层去压实校正法和断层最大断距相减法恢复的地层古厚度和断层古断距为依据,可得到沿断层各测点处不同地质时期的"盖层连接厚度"这一定量评价参数,然后结合研究区内烃源岩的生、排烃历史,可预测油气沿断层突破盖层的时间及油气成藏区域。以渤海湾盆地歧口凹陷港东断层对盖层的动态破坏为例,根据港东断层对沙河街组一段中部泥岩盖层的破坏程度,可将断层的动态破坏分为3个主要阶段:沙河街组一段沉积期,泥岩盖层遭受完全破坏的区域比较局限;东营组—馆陶组沉积期,尽管泥岩盖层被破坏的规模有所增大,但断层的活动性与烃源岩的排烃史的耦合性不佳;明化镇组沉积期至今,泥岩盖层完全破坏的区域向西侧略有延伸,且烃源岩的生、排烃能力和断层活动性均较强,深层油气可以通过港东断层突破沙河街组一段中部盖层进入浅部地层。在港东油田明化镇组中,已发现港东油田内油气的分布范围与港东断层在明化镇组沉积期对沙河街组一段中部盖层造成完全破坏的区域范围相吻合,表明渤海湾盆地港东断层的动态破坏对油气的输导和成藏具有重要的控制作用。     

大庆嫩二段泥岩盖层封气性综合定量评价

在详细分析大庆嫩二段泥岩盖层地质发育特征的基础上,用盖层封油气性综合定量评价指标CRI对其封气性进行了综合定量评价.在齐家古龙凹陷和大庆长垣地区嫩二段泥岩盖层具好的封气性,齐齐哈尔西北的局部地区具差的封气性,其余地区具中等封气性.这对该萨尔图油层中天然气的聚集成藏起到了重要作用.