降压开采下深海能源土斜坡分解区的判定及其稳定性分析

深海能源土是指含新型战略性新能源-天然气水合物的海底沉积物。降压开采天然气水合物是一种相对经济、高效的方式,开采中水合物储层分解区域的确定与能源土斜坡稳定性分析是确保天然气水合物安全有效开采的前提之一。本文归纳了水合物降压开采的基本方程,通过自主编写USDFLD子程序,在ABAQUS中实现了降压开采条件下海底斜坡水合物储层分解区域的判断,模拟了水合物饱和度以及相关物性参数的变化情况。结合一实际海底能源土斜坡,完成了降压开采条件下能源土斜坡水合物储层分解区域、有效应力及变形场的计算,并结合有限元强度折减法对深海能源土斜坡降压开采的实际工况进行了数值模拟。结果表明开采前与开采后的安全系数变化不大,单井降压开采对斜坡的稳定性影响不明显。     

泥质粉砂型能源土的三轴剪切试验研究

天然气水合物的开采会导致储层承载能力降低,可能诱发海底滑坡等地质灾害,并对地球生态环境造成严重影响,深入掌握能源土的力学性质是水合物安全开采的前提条件.依据南海神狐海域能源土的颗粒级配,配置近似粒径级配的泥质粉砂作为甲烷水合物的赋存骨架并开展三轴剪切试验,研究了有效围压、水合物饱和度、黏土含量对泥质粉砂型能源土力学性质...     

循环荷载下深海能源含气土动力特性试验研究

以往对深海能源含气土的研究多以静荷载作用为主,且含气土的气泡尺寸多为不可控的离散小气泡。本研究提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,并对含有离散大气泡的深海能源含气土开展固结不排水循环加载动三轴试验,分析深海能源含气土在不同循环应力比(cyclic stress ratio, CSR)、有效围压、饱和度和黏土含量条件下的累积塑性应变、滞回曲线、动孔压和动强度发展规律。结果表明：累积塑性应变分为“稳定增长型”和“失稳破坏型”两类,累积塑性应变增长速率随着CSR增大、饱和度下降、围压增大和黏土含量增加而加快。含气土的滞回圈随振次增加、饱和度下降、围压增大及黏土含量增加,呈现出回弹模量降低、阻尼比增大的现象。含气土动孔压发展模式分为“缓慢增长型”和“孔压骤增型”,孔压增长速率随饱和度下降、CSR增大及黏土含量增加而加快,且在循环荷载作用下,动孔压均未达到有效应力水平,即在轴向应变达到5%前,试样未现液化破坏现象。动强度随饱和度降低而下降,且下降幅度随饱和度的降低,呈现出增大的趋势。     

考虑超孔压影响的海底能源土斜坡稳定性数值模拟和评价

水合物分解极易引起海底能源土出现超孔压现象,进而导致能源土变形,引发海底滑坡等地质灾害。本文基于热力学基本理论,并考虑水合物最终分解状态下的相态演变,以及水合物分解过程中海水对甲烷气体的溶解,修正了孔隙气体非逃逸的Grozic超孔压模型,并将修正模型应用到海底能源土斜坡稳定性分析中。研究结果表明：考虑甲烷气体在海水中的溶解,采用修正模型计算的超孔压值相比于原模型减小约26%;水合物分解过程中,相比土体强度参数软化这一不利因素,超孔压积聚对斜坡稳定性影响更为明显,因此在海底能源土斜坡稳定性分析中,必须考虑超孔压积聚这一不利因素。     

非饱和土边坡抗剪强度的力学参数影响及灵敏度分析

运用非饱和土的双应力变量理论,采用强度折减法详细分析土体各参数对边坡安全系数的影响,并通过灵敏度分析各参数对安全系数的影响.工程算例结果表明:各参数的变化对边坡安全系数的影响基本呈线性规律,其中土体含水率对安全系数影响线最显著;含水率、黏聚力和内摩擦角是非饱和土边坡稳定性分析的重要物理力学参数,为降雨条件下非饱和土边坡加固设计参数选取提供了依据.     

CO2改造水合物藏海底边坡稳定性研究

为了深入研究CO2改造后天然气水合物藏开采过程中海底边坡的稳定性,首先,通过含水合物试样的三轴力学实验,建立CO2改造CH4水合物藏及开采过程中地层力学参数的动态演化模型;其次,利用ABAQUS软件进行二次开发,建立了描述注CO2改造CH4水合物藏的温度?渗流?应力?饱和度多场耦合模型;最后,结合边坡稳定性分析中的强度...     

含水合物细粒土的强度和变形特性

天然气水合物是一种巨大能源,深刻刻画水合物储层的力学性质是安全开采气体的重要前提。目前对含水合物沉积物力学特性的研究主要针对粗粒土,而对于细颗粒沉积物研究较少。然而,中国南海神狐海域水合物储层区的沉积物是泥质粉细砂型。基于此,参照神狐海域水合物赋存区沉积物的物理性质配制了试验土样,形成了含四氢呋喃(THF)水合物细粒土,对其进行了三轴剪切试验。结果显示:在低围压和高水合物饱和度下,含水合物细粒土试样的应力应变曲线呈现应变软化,而在高围压和低水合物饱和度下表现为应变硬化;含水合物细粒土随剪切作用表现出剪缩效应;强度和刚度随着水合物含量和围压增加而提高;水合物含量的增加明显提高了黏聚力,但是对内摩擦角的影响很小。基于摩尔库伦强度准则,建立了破坏强度与围压和水合物饱和度间的关系,该关系式可以较好地预测强度的变化。     

页岩气储层含气性影响因素分析—以湘西下寒武统牛蹄塘组为例

页岩气藏属于一种自生自储的非常规天然气藏,在进行页岩储层评价时,应重点考虑其含气性。根据湘西地区下寒武统牛蹄塘组页岩样品现场含气量测试数据及等温吸附试验结果,从含气量入手,针对有机碳含量、热成熟度、黏土矿物含量和石英含量等方面讨论页岩储层含气性影响因素。研究发现,含气量与有机碳含量呈良好的正相关关系,气体的吸附能力随热成熟度的增高有逐渐增大的趋势,同时含气量与黏土矿物含量呈一定的正相关关系,与石英含量呈一定的负相关关系。     

基于Midas GTS/NX的新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性分析

为了准确评估各类工况对新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性的影响。通过开展室内土工试验及对该渠道岸坡地质工况进行了调查,采取Midas GTS/NX软件中的强度折减法对输水明渠在未加固和加固两种工况下的竣工期、降雨期、输水期和水位骤降4个时期的二维岸坡进行稳定性计算,通过对比岸坡在未加固与加固两个工况下4个时期的整体位移量、等效塑性应变区和安全系数,对岸坡整体稳定及加固效果给出了分析及评价。结果表明：渠道未加固与加固两个工况下4个时期下风积土岸坡均处于稳定状态,安全系数均大于1.30;渠道位于输水期时,坡体前缘水压增加,有效提高渠道岸坡的安全系数,但水位骤降对风积土岸坡稳定性影响最大,降雨次之;未加固时,4个时期的岸坡等效塑性应变区呈圆弧状且已贯通;经加固后,岸坡等效塑性应变区大体沿衬砌呈直线分布,滑移带位移变形得到较好控制,极大程度降低了滑坡灾害发生的可能性。研究结果在一定程度上可以为新疆沙漠风积土输水渠道工程建设提供参考。     

碎石土混合料在加筋高边坡中的应用

以广东省广州市某产业园区加筋高边坡为研究对象,探究利用挖方碎石土混合料代替级配碎石作为填方加筋高边坡回填料的可行性。利用挖方碎石土混合料填筑加筋边坡试验段,进行现场压板载荷试验、室内大型直剪试验,获取试验段的地基承载力及填筑体碎石土混合料的抗剪强度参数。建立有限元模型,以强度折减法对加筋边坡进行稳定性安全分析。研究结果表明:随着碎石土混合料的土石质量比和碎石风化程度的减小,混合料的内摩擦角和边坡稳定性安全系数不断增大;在碎石土混合料的土石质量比不大于3∶7填筑时,其内摩擦角φ值和边坡稳定性安全系数满足设计要求。     

降雨诱发浅层滑坡影响因素的解析分析

采用笔者提出的无限长斜坡降雨入渗解析解结合非饱和土抗剪强度理论,提出了一个用于降雨诱发浅层滑坡安全系数计算的解析表达式,并对浅层滑坡的多种影响因素进行解析分析.结果表明:基质吸力减小直至消失是降雨诱发浅层滑坡的主要途径.减饱和系数、前期降雨强度、边坡坡度、土体储水能力是影响边坡浅层稳定性的重要因素,而后期降雨强度只有在降雨强度较大时才会对边坡浅层稳定性有明显影响,饱和渗透系数只有在接近降雨强度时,对边坡浅层稳定性的影响才较大.     

土工格室加固边坡稳定性参数分析

土工格室边坡防护是一种绿色、经济、高效的防护方式。针对土工格室加固边坡的稳定性问题,结合浅层稳定性和深层稳定性两方面综合评价土工格室加固效果。首先考虑土工格室、铆钉及植物根系的作用,重点围绕裸坡、仅铺设格室和格室植草三种工况开展研究,建立了降雨条件下土工格室加固边坡浅层失稳模型和深层数值模拟模型。进一步进行参数敏感性分析,全面研究了边坡坡度和坡长、土工格室尺寸和强度、植物根系密度等参数对浅层抗滑安全系数和深层稳定安全系数的影响。研究结果表明,仅铺设格室和格室植草分别能提高浅层抗滑安全系数1.07和1.33,效果十分显著,对深层稳定性提高效果相对不明显;各参数中,坡角、格室高度、格室焊距和植草密度对土工格室加固边坡稳定性有着重要影响,研究可为土工格室加固边坡优化设计提供参考。     

涪陵页岩气储层含气性测井评价

针对涪陵页岩气泥质含量高、电阻率测井响应识别气层存在偏差的问题,开展了含气性测井定量表征方法及应用研究。涪陵地区页岩储层的黏土矿物主要为伊利石、伊蒙混层和绿泥石;随深度增加,黏土矿物含量减少,但伊蒙混层占的比重增大。利用有机碳-密度测井曲线交会法、有机碳-铀测井曲线交会法以及声波-电阻率曲线法等三种方法计算TOC含量;对比岩心实验结果,密度曲线拟合的相关系数最高。利用测井曲线计算得到的含气饱和度、流体压缩系数、岩石弹性模量、游离气量、吸附气量等参数可以实现对储层含气量的定量表征。涪陵地区页岩气纵向、横向含气量测井评价实践表明,龙马溪组下部——五峰组页岩气储层自下而上可划分为中、高两个含气段,且该区页岩气储层横向含气量稳定,具备应用水平井开采技术等增加单井产量的地质条件。     

涔天河渠道土质边坡失稳分析与对策研究

【目的】探究因不合理开挖导致的渠道土质边坡的失稳问题。【方法】以涔天河干渠切方土质边坡为例,用FLAC^3D模拟其施工过程,复核开挖设计方案,分析边坡开挖诱发牵引式滑坡的破坏机理。针对失稳土质边坡,提出边坡锚固支护、渠道衬砌(方案一)和边坡锚固、明渠变更暗涵(方案二)两种加固处置方案,并分析了处置措施的有效性。【结果】对边坡使用方案二支护加固后,其稳定性明显优于方案一,最不利工况的安全系数可达1.18以上,边坡的总体安全性可以得到保障,而且能最大限度地减小边坡开挖对地表变形的影响,研究成果可指导边坡后期施工的顺利进行。基于TOUGH2模拟脉动灌浆,通过精细化模拟灌浆过程,确定灌浆方案和参数,并以质量分数的形式在FLAC^3D中通过插值修改强度参数,采用强度折减法计算开挖边坡安全系数,确定预加固设计方案。【结论】对于类似边坡,应预加固再开挖,预加固措施优先推荐脉动灌浆方式,以提高边坡的整体稳定性。采用3排孔、孔排距2 m、孔深8 m的布孔方案后,边坡安全系数可达到1.50以上。与直接开挖相比,该方案有效降低了边坡垮塌的风险,研究成果可供类似工程参考...     

水泥土桩加固航道边坡稳定性分析

水泥土桩作为水平向增强体用于航道土质边坡的加固工程中,加固边坡的稳定性计算没有相关规范参考,目前国内外对水泥土桩加固边坡的稳定性研究也鲜见文献报道。计算分析了水泥土桩加固航道土质边坡的稳定性,结果表明在桩土分算的情况下,极限平衡法计算的安全系数要大于有限单元法计算的结果,而桩土合算的情况下,极限平衡法和有限单元法将得到相同的结论。通过分析认为,桩体发生剪切、弯曲和转动等破坏模式,是极限平衡法与有限单元法计算结果产生差异的根本原因,当涉及土与结构物相互作用时,有限单元法与极限平衡法相比,前者结果更符合实际。水泥土剪力墙加固结构,可以防止桩体产生弯曲、转动等破坏,使加固边坡呈整体剪切破坏模式,有效发挥了水泥土桩的抗剪强度,从而提高边坡的稳定性。     

孔隙水压力作用下抗滑桩加固边坡的极限分析上限解

用对数螺旋线形的破坏机制和极限分析上限法,对抗滑桩加固边坡的稳定性进行了研究。基于构建的抗滑桩加固边坡的破坏机制,推导了抗滑桩加固边坡的内、外功率表达式。通过切线法将土体的非线性破坏准则引入到极限分析方法中,并结合强度折减法建立了抗滑桩加固边坡的安全系数隐式表达式。用最优化方法,计算得到了孔隙水压力作用下的边坡安全系数。在此基础上,分析了抗滑桩加固位置、孔隙水压力以及非线性抗剪强度等参数对抗滑桩加固边坡安全系数的影响。结果表明:土体抗剪强度对抗滑桩最佳布设位置的影响较小;非线性条件下,边坡安全系数随着初始黏聚力的增大而增大,随着抗拉强度和非线性系数的增大而减小。     

基于可拓理论的边坡强度指标

基于可拓理论,从3个层次5个指标建立了边坡稳定性评价指标体系,研究了内摩擦角和黏聚力对边坡稳定性的影响,给出了抗剪强度参数与安全系数之间的数量关系.研究结果表明:随内摩擦角和黏聚力的增大安全系数呈线性增大,且内摩擦角对安全系数的敏感性明显大于黏聚力对安全系数的敏感性.最后,基于安全、经济、高效的原则,采用锚杆措施对辽宁省小盘岭边坡进行加固处理.     

渗流作用下花岗岩类土质路堑边坡稳定性分析

以南厦高速公路K36+600～+700段类土质路堑边坡为例,采用Slide软件对其是否考虑渗流工况下的边坡稳定性进行定量计算对比,评估其治理措施效果,并进一步对边坡渗流敏感性进行分析.研究表明:①考虑渗流作用的边坡稳定安全系数Fs=0.963比不考虑渗流的Fs=1.252低了0.289,说明渗流对边坡的稳定性非常不利;②加固处治后,边坡的稳定安全系数只提高了0.128,边坡仍处于欠稳定状态;而后增加排水工程,边坡安全系数提高了0.232,体现地下水对边坡稳定性影响明显,排水工程十分必要;③在不同水位下,考虑加固与排水工程前后的边坡稳定性对比结果表明:安全系数与水力梯度成反比,水位越低,安全系数越高,边坡越稳定.     

某公路边坡稳定系数的强度折减法分析

针对湖北境内某高速公路边坡遭遇连续降雨出现失稳的问题,基于有限差分的强度折减法分析该高速公路边坡在自然状态、开挖、非正常工况（暴雨）下的安全系数,同时采用有限单元应力法对所得安全系数进行验证。在此基础上,分析非正常工况下边坡的破坏形式,获得该工况下边坡的潜在滑动面位置。结果表明,三种工况下的安全系数分别为1.22、1.04和0.88;有限单元应力法所得结果与强度折减法基本一致;经加固后,边坡的安全系数为1.21,达到了设计要求。该研究为失稳边坡加固提供了依据。     

不同降雨类型对粗粒土高路堤边坡稳定性影响分析

为了深入研究不同降雨类型下粗粒土高路堤边坡的稳定性,提出了一种能同时考虑路堤边坡内部饱和度、孔隙水压力及软化效应的稳定性分析方法;拟定了小雨、中雨、大雨以及暴雨4种降雨类型,设定一级坡高8m、二级坡高12m的A类和一级坡高10m、二级坡高10m的B类两类典型边坡,通过分析A,B两类方案填筑的路堤边坡在不同降雨工况下安全系数和塑性区的变化规律,提出了路堤边坡最佳填筑方案,探讨了最佳方案填筑的路堤边坡稳定性。研究结果表明,相同降雨类型下,A类方案填筑的边坡稳定性比B类边坡更好,表明依托工程高路堤边坡最佳填筑方案为A类;降雨0~12h内边坡安全系数下降较快,随着降雨持时的增加,安全系数下降趋势减缓;在相同的降雨持时下,边坡安全系数随着降雨强度的增加而逐渐减小,当降雨强度超出一定范围后,其安全系数下降趋势相差不大;降雨初期,水位线上升较快,但存在一定的滞后性,随着降雨持时的增加,水位线上升速率减慢并呈规律性上升;小雨对边坡塑性区分布影响较大,但随着降雨强度的增加,降雨强度不再是影响边坡塑性区分布的主要原因。