基于钻孔图像的结构面分布分维数计算方法

在工程实践中,对岩体结构面分布的分维数进行实测往往存在一定的难度,但是采用钻孔摄像技术既能够准确获取布设的钻孔内各项地质信息,而且形成的钻孔图像能够直观地反映钻孔中岩体结构面的特征参数,因此提出了一种基于钻孔图像的岩体结构面分布分维数计算方法。该方法的原理是:首先,通过钻孔图像获取研究区域内各钻孔内的岩体结构面的特征参数(包括倾角、倾向、隙宽、间距);然后,根据各钻孔之间的连通判断准则,判断区域内各钻孔结构面的连通性,并估算出研究区域内结构面的迹长值,同时参照钻孔的孔位及深度信息,来界定研究区域模型的范围;最后,结合Monte-Carlo法,建立岩体结构面分布的三维网络模型,根据分维数计算方法,求解模型各研究面的分形维数,并将3个钻孔的整体连通模型和各钻孔模型所得到的分维数开展对比分析。结果表明,该方法的计算结果与其他评价方法的结论一致。     

局部超挖对悬臂排桩基坑支护体系安全性能的影响

由局部超挖引发基坑大范围破坏的工程事故时有发生,但局部超挖对基坑整体安全性能的影响及其引发连续破坏的机理尚仍缺乏研究。以悬臂排桩支护的长条形基坑为例,采用模型试验和有限差分法对基坑局部超挖引起的荷载传递规律进行探索。结果表明:随着超挖深度的增大,由于土拱效应,超挖区外支护桩内力大幅增长,而超挖区内支护桩桩身弯矩先增加后降低或持续降低;大面积开挖深度相同时,随着局部超挖范围增大,邻近支护桩桩身弯矩与位移增幅逐渐增大并趋于稳定。研究成果初步揭示了局部超挖对支护桩内力的影响等荷载传递规律,可为防超挖引发基坑连续破坏研究和局部深坑设计提供参考。     

竖直地埋管换热器多个钻孔地层热阻计算方法

为解决国家规范中关于多个钻孔热干扰下的地层热阻计算问题,针对竖直地埋管换热器系统,提出了矩形阵列钻孔布置中不同参考钻孔下的地层热阻数值计算方法,并通过算例模拟分析研究了不同钻孔布置形式以及不同钻孔间距情况下的地层热阻分布.结果表明:规则矩形阵列钻孔布置的中心位置地层热阻最大,且布置形式越趋近正方形,钻孔间距越小,地层热阻越大;而不规则矩形阵列钻孔布置的最大地层热阻位置会根据未布置钻孔点位发生相对偏移,但偏移量可忽略.研究成果可为竖直地埋管换热器设计提供理论参考.     

煤矿陷落柱探测的井下综合物探方法研究

并行网络直流电法因可在工作面任意布设电极,可快速实现三维电阻率探测,地震反射共偏移法原理为反射波勘探原理,采用多次覆盖观测系统开展井下数据采集;为了探查华北某煤矿西六采区陷落柱发育特征及其赋水性,确保回风上山掘进安全,基于这两种物探方法在皮带巷和轨道巷布设了两条测线,经过井下数据采集、室内资料处理与分析,得到了电阻率反演剖面和地震反射剖面,结合地质资料,对陷落柱的电性特征及结构进行研究。结果表明:陷落柱岩层连续性差,岩体较破碎;陷落柱底界发育深度超过底板60 m;陷落柱探查范围内及周围赋水性较弱。     

贵州水城盆地岩溶地面塌陷成因分析及防治对策

岩溶地面塌陷具有隐蔽性、突发性以及复发性等特点,已成为覆盖型岩溶地区危害性极大的环境地质问题。采用野外勘察、室内研究等手段分析了水城盆地岩溶地面塌陷发育规律,其塌陷机理模式主要有:潜蚀致塌式、真空吸蚀致塌式及冲爆致塌式,塌陷的出现大多与地下水开采有关,而岩溶地面塌陷已成为地下水开发利用的主要限制因素。针对塌陷发生机理成因与迫切的地下水开采需求,提出了地下水排泄区集中开采地下水的思路,通过布井于地下水集中排泄区,上游外围构建帷幕墙以溢流方式开采,保证开采量近似等于排泄量,维持主城区地下水流场相对稳定,有效避免由抽水引起岩溶地面塌陷的频繁发生,不仅使地下水资源得到充分开采利用,也为岩溶地面塌陷防治提出新的思路,利于城市持续发展。     

强度准则和失稳判据对有限元强度折减法结果的影响

本文主要研究有限元强度折减法的强度准则和失稳判据问题,从强度折减法基本原理出发,将边坡强度参数进行折减,利用理论分析与数值计算相结合的方法,通过对比分析研究了强度准则与失稳判据的影响。研究表明:在π平面上强度准则围成的圆的半径越大,所得的安全系数则越大。与传统的极限平衡方法的安全系数结果相对比,等面积圆强度准则结果与之相近。3种边坡失稳判据中塑性区贯通判据判断的安全系数偏保守,与Bishop法计算结果较为一致,收敛标准的安全系数偏大。     

钻井液密度窗口下限的三维数值计算格式

为了得到准确的安全泥浆窗口,结合有限单元法提出了用于计算钻井液密度窗口下限三维数值解的数值计算格式.计算包含了井孔轨迹全长的油田区块整体模型的应力场,利用有限元子模型技术逐点计算井孔轨迹上关键点的泥浆窗口下限值.在数值求解过程中,施加足够泥浆压力保持井孔围岩处于弹性状态,并施加反向载荷形成实际卸载,逐步试算求出泥浆窗口的下限值.利用一个包含直井段和90°转角圆弧段井孔轨迹的简单井孔模型,计算了沿井轴全长各处不同井孔倾角对应的泥浆窗口下限值数值解,并把该数值解和利用经典解析解取得的结果作了比较,证明了算法的有效性.     

Upper bound limit analysis of roof collapse in shallow tunnels with arbitrary cross sections under condition of seepage force

The analytical solutions for predicting the exact shape of collapse mechanisms in shallow tunnels with arbitrary excavation profiles were obtained by virtue of the upper bound theorem of limit analysis and variation principle according to Hoek-Brown failure criterion. The seepage force was included in the upper bound limit analysis, and it was computed from the gradient of excess pore pressure distribution. The seepage was regarded as a work rate of external force. The numerical results of roof collapse in square and circular tunnels with different rock parameters were derived and discussed, which proves to be valid in comparison with the previous work. The influences of different parameters on the shape of collapsing blocks were also discussed.     

铝胺双重封堵钻井液在成3井二开长裸眼井段的应用

成3井是为探索侏罗系油藏而在准噶尔盆地中央坳陷部署的一口预探井,完钻井深4 821 m。二开裸眼段长3 200 m,井壁稳定难度大;西山窑组至八道湾组煤层发育,井壁失稳严重。通过使用铝胺抑制防塌钻井液,施工中采用合理密度支撑–多元协同抑制–双重封堵防塌措施,辅助相应的维护处理工艺,解决了长裸眼段和煤层段的井壁失稳难题,而且机械钻速得到显著提高。全井机械钻速7.68 m/h,创造该区块钻速新纪录。     

玉北地区钻井液技术

针对玉北地区古近系膏岩层易蠕变缩径、二叠系火成岩地层易垮塌掉块、奥陶系灰岩地层易漏,导致的钻井周期长、机械钻速低、复杂情况多等问题,优选了适合各开次的钻井液体系。一开选用膨润土聚合物体系,利用其高膨润土含量解决地表流沙层的井壁稳定与井眼清洁问题;二开选用KCl聚磺钻井液,通过强化钻井液的抑制封堵能力与抗污染能力解决了因泥岩段水化膨胀、砂岩段形成虚泥饼造成的阻卡问题,实现了井壁稳定;三开选用KCl聚磺防塌钻井液,解决了高密度钻井液的抗污染问题,实现了深部地层的快速钻进;四开选用低固相聚磺钻井液,大幅度提高了深部地层的钻进速度。