基坑开挖及降水引起下卧隧道变形的解析解     

管凌霄  徐长节  王雪鹏  夏雪勤  可文海 《岩土力学》2023,(11):3241-3251

基坑开挖及降水打破周围土层的平衡应力场,对下卧盾构隧道造成不良影响。采用两阶段分析法提出了基坑开挖及降水共同作用引起的下卧隧道纵向变形解析解。在第1阶段采用Mindlin弹性解与有效应力原理分别计算出基坑开挖与降水对下卧隧道造成的附加应力;第2阶段将盾构隧道视为Timoshenko梁搁置在Pasternak地基模拟隧道与土的相互作用,通过叠加法推导出隧道纵向变形解析解。通过与工程实例监测数据的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了基坑开挖长度、宽度、深度、隧道埋深、水位降深及与基坑相对位置等因素对隧道纵向位移的影响。结果表明：随着基坑开挖长度、宽度和深度的增加,隧道最大隆起值均明显增大;隧道变形随着隧道埋深的增加而减小;坑内水位降深的增加将导致隧道隆起值减小而沉降值增大;随着隧道轴线与基坑中心距离的增加,可依次为隆起值减小区、沉降值增大区及沉降值减小区。  相似文献   

花岗岩残积土剪切带上的细观结构损伤规律     

黎澄生  孔令伟  舒荣军  刘智军  张炳鑫 《岩土力学》2023,(11):3203-3212

剪切带和裂隙演化对土体滑坡至关重要,裂隙是土体中最薄弱的区域,但是当前缺乏用于定量分析剪切带上细观结构损伤规律的方法。为了揭示花岗岩残积土内部裂隙对剪切变形破坏的影响,利用CT扫描获得试样在三轴加载过程中不同加载阶段的数字体图像,基于数字体图像相关方法（digital volume correlation,简称DVC）把复杂三维裂隙的坐标进行转换,根据加载前后的裂隙在三维空间的重叠特征提出改进的裂隙分类方法,将裂隙分为8种：湮灭型裂隙、新生型裂隙、继承型裂隙、拆分型裂隙、合并型裂隙、复合-新生型裂隙、复合-继承型裂隙和复合-混合型裂隙。结果显示：新生型裂隙和复合型裂隙与剪切带演化紧密相关。随着轴向应变的增大,剪切带上的新生型裂隙和复合-新生型裂隙呈增大趋势,当轴向应变为12%时新生型裂隙体积含量超过50%;复合-继承型裂隙呈快速衰减特征,而复合-混合型裂隙呈先增大后衰减的趋势。在剪切带萌生初期,剪切带内部生成少量新生裂隙,但裂隙是材料中最薄弱的区域,因此新生裂隙加速了剪切带的发育;随着剪切带的发育,大量新生裂隙使剪切带上的细观结构损伤更为严重;剪切带与裂隙之间互相耦合影响,最终使土体发...  相似文献   

实时高温富有机质页岩变角剪切力学特性及应变场演化研究     

王磊  张睿  杨栋  康志勤  张鹏宇 《岩土力学》2023,(9):2579-2592

原位注热开采富有机质页岩是复杂的固流热化学耦合过程,矿层热解过程中采场和井筒均受到剪切力作用,而高温作用后与实时高温作用下页岩的力学响应规律是截然不同的。为了研究实时高温作用下页岩剪切力学特性和变形演变规律,设计了实时高温岩石变角剪切试验系统,结合声发射和数字图像相关技术,对不同温度和剪切角度下页岩的抗剪强度和变形场分布特征进行了深入研究。研究结果显示：首先,随着温度的升高,页岩表现出由脆性破坏向延性破坏的转化,而抗剪强度随着剪切角度的增大呈减小趋势;然后,页岩的抗剪强度随温度的升高呈现“V”字形变化趋势,400℃后其抗剪强度降至最低（2.93MPa）,可将该温度点视为页岩剪切特性的阈值温度;当温度超过400℃时,页岩内部矿物晶格的转变使得其抗剪强度继续增大;最后,常温～600℃范围内页岩在剪切过程中的应变场演化可以分为两个阶段：常温～400℃,页岩在剪切破坏时沿层理结构形成一条明显的应变局部化带,沿着该局部化带发生直接剪切破坏;400～600℃范围内,页岩表现出明显的应变软化特征,沿各层理间发生相互“错位剪切”,不再以沿层理结构直接发生剪切破坏,表现为渐进剪切破坏特征。  相似文献   

循环剪切作用下三维粗糙裂隙非线性渗流特性数值模拟研究     

蔚立元  杨瀚清  王晓琳  刘日成  王蓥森 《岩土力学》2023,(9):2757-2766

研究了循环剪切过程中剪切位移和循环次数对三维粗糙裂隙非线性水力特性的影响。首先,基于天然粗糙裂隙面的高程数据生成三维裂隙面,并通过前人的研究结果确定循环剪切过程中的法向位移变化值,建立了16个开度空间模型,从而得到了不同剪切位移和循环次数下接触面积和开度分布情况,发现当循环次数一定时,随着剪切位移的增加,原本吻合的上下表面发生错动,平均开度和各向异性增大,接触面积减小;剪切位移一定时,随着循环次数的增加,上下表面起伏在剪应力作用下被磨平,接触面积增大,平均开度减小。将模型导入数值模拟软件进行计算得到流量数据,结果表明,水力梯度随流量变化规律符合Forchheimer定律。循环1次时,随着剪切位移从4 mm增加到10 mm,线性Fochheimer系数减小了88.3%,非线性Fochheimer系数减小了95.2%;循环2次时,随着剪切位移从4 mm增加到10 mm,线性Fochheimer系数减小了95.4%,非线性Fochheimer系数减小了99.7%,两系数减小的幅度随循环次数增大而增大。进一步分析发现,剪切位移的增加对裂隙渗透性有促进作用,循环次数增加对渗透性起抑制作用。此外,...  相似文献   

塔里木盆地沙漠区超深层碳酸盐岩地震资料精细处理技术     

赵锐锐  周强  彭更新  胡晓亚  孙海军  陈立  李忠  王珑  王玉华 《物探化探计算技术》2023,(6):717-725

塔里木盆地超深层海相碳酸盐岩油气资源丰富,但勘探面临诸多挑战：其地表为塔克拉玛干大沙漠,出露巨厚沙丘,静校正和吸收衰减严重;上覆火成岩,多次波发育,信噪分离困难;埋藏超深,大于6 000 m,深层分辨率低;受二叠系火成岩影响,速度变化大,深度域精准建模难度大。通过十余年不懈攻关,逐步形成了沙漠区超深层碳酸盐岩地震资料精细处理技术,其中,微测井约束层析反演沙漠区近地表结构,可以有效解决时间一致性问题;多信息综合识别长程及短程层间多次波,能够针对性压制提供优质的预处理道集;采用波动方程近地表Q补偿,可以解决沙漠吸收衰减问题,提高深层分辨率且目的层主频能够提高5 Hz; VSP井控和火成岩小网格层析提高深度域建模精度,可以确保碳酸盐岩高精度成像。大沙漠区超深层碳酸盐岩地震资料高精度成像技术,可精准刻画出走滑断层和缝洞,有效支撑了塔里木盆地1×10⁹t级富满油田的勘探发现。  相似文献   

黏弹介质槽波超前探测数值模拟与波场分析     

何帝秀  姬广忠  焦文杰  张亚伟  于坤 《煤田地质与勘探》2023,(10):144-155

目前常用槽波超前探测掘进工作面前方隐伏断层,而实际煤层具有黏弹性,对槽波有吸收衰减作用。为研究黏弹煤层介质中槽波超前探测的波场特征和传播规律,基于Kelvin-Voigt一阶速度-应力方程,建立了三维含断层煤系地质模型,进行了三维有限差分数值模拟。结果表明：黏弹介质中反射槽波能量衰减大,其传播与衰减特征比完全弹性介质更符合实际煤层反射槽波传播特征。煤层Q值越大槽波超前探测效果越好,煤层Q值过小时,槽波超前探测效果差,可利用x分量的反射横波与z分量的P-S波超前探测。断层落差小于煤厚时,y和z分量的槽波超前探测效果都较好;落差大于煤厚时,可利用y分量进行槽波超前探测。断层夹角大于60°时,可利用y和z分量进行槽波超前探测;夹角小于60°时,可利用x和y分量进行槽波超前探测。研究结果可为煤矿槽波超前探测提供理论支持。  相似文献   

二维瑞雷波多参数全波形反演方法探测浅地表空洞应用研究     

李宇  王靖岐  管建博  闫英伟 《煤田地质与勘探》2023,(7):162-173

浅地表低速异常体(如空洞)的精确探测一直是地球物理领域具有重要价值与挑战性的研究课题,对城市灾害评估与复杂条件下煤田地震勘探的浅地表精细建模具有重要意义。面波全波形反演适合浅地表高精度建模,然而在实际应用中仍存在诸多亟待解决的难题。针对面波全波形反演方法中多参数串扰、实际数据预处理、震源子波估计等关键问题,开发了一套完整的瑞雷波多参数全波形反演方法流程,以实现对浅地表空洞的精确探测。该方法中模型的横波速度、纵波速度和密度随反演进程均被同步更新,减弱后两个参数偏离真实值对横波速度反演精度的消极影响。采用伴随状态法构建的拟海森算子对梯度进行预处理以压制地表伪影、增强波场照明,提高对小尺度异常的表征能力。通过褶积因子消除波场正演与实际数据采集的维数差,实现3D波场到2D波场的转换。采用校正滤波方法估计震源子波,并在迭代进程中进行动态估计,以减弱特定参数模型不准确的影响。同时,该方法采用多尺度反演策略,减轻由低速异常引起的目标函数非凸性,提高反演稳定性。合成数据和实际案例测试结果表明,瑞雷波多参数全波形反演方法得到的横波、纵波速度模型、密度模型具有基本一致性,其中横波速度模型准确度最高。实测数...  相似文献   

远安地堑上白垩统红花套组压实剪切型变形带的微观结构与地层渗透性关系解析          下载免费PDF全文

渠芳  连承波  柴震瀚  任冠雄 《地质论评》2023,69(1):123-132

孔隙性砂岩中形成的压实剪切型变形带及其周围的渗透性特征是变形带研究的重要内容之一,由于变形带宽度常为毫米级别,常规渗透率测试方法因分辨率的限制无法满足研究需求。选取远安地堑上白垩统红花套组中不同规模的单条变形带、小型及中大型簇状变形带样品,在对其微观结构进行详细研究的基础上,采用具有高分辨率测试功能的AUTOSCAN进行密集测试,建立了连续渗透率剖面。结果显示,渗透率低值点与变形带有显著对应关系,在渗透率线扫描曲线中呈下拉尖峰特征;不同变形带渗透率异常低值点存在差异,变形带厚度大则异常程度高;不同微观结构要素的渗透率降低程度不同,渗透率由低至高依次为：大型簇状变形带的核心碎裂带<小型簇状变形带的核心碎裂带<带间区域<单条变形带核心碎裂带<边缘过渡区<围岩。分析认为,虽然变形带的厚度和渗透率探测孔的大小会影响探测结果,但变形带的微观结构才是控制渗透率降低程度不同的本质原因。中大型簇状变形带的核心碎裂带密集发育且连续性好,很可能对流体渗流、油气运移等造成较大影响;而单条变形带由于延续性较差,很难真正阻碍流体渗流,而是会增强岩石整体的各向异性特征。  相似文献   

哀牢山—红河剪切带新生代热史演化及其构造意义     

孙崇波  李敏同  李俊  周洪兵  陈晓东 《地质论评》2023,69(2):2023020007-2023020007

笔者等通过对哀牢山—红河剪切带5件砂岩磷灰石样品裂变径迹分析,获得测试分析样品的表观年龄,对所有样品利用模拟退火法进行了热史模拟,取得其热演化史;得出哀牢山—红河剪切带在新生代发生了相似的构造演化过程,其经历了2次快速冷却剥露事件,分别发生在37～14 Ma和5. 1～0 Ma,平均冷却速率分别为3. 98℃/Ma和11. 15℃/Ma;在发生快速冷却的时间上,存在自东向西逐渐变晚的趋势,说明哀牢山—红河剪切带在新生代可能为自东向西的幕式隆升。  相似文献   

近地表隐伏断层地震波场响应特征与初至波成像应用研究     

孙茂锐 《地质与勘探》2023,59(5):1043-1053

近地表隐伏断层直接影响工程安全施工。通过构建浅覆盖层下方陡立界面断层数值模型,分析近地表隐伏断层地震波场的传播与转换规律。通过工程实测数据验证了数值模拟波场响应特征的可靠性,并利用初至波走时层析成像技术对地下介质波速进行成像。研究结果表明：(1)初至波转换形成的断点绕射波具有1频率升高、速度突变的特点,可清晰指示测区内断裂带的存在,可作为现场数据采集时断层的直观反映;(2)工程实测中通过原始波形到时、频率信息可初步判断断层的存在,基于射线追踪的初至波层析成像结果与后期钻孔揭露情况基本吻合,说明初至波层析成像在浅层地震勘探中的实用性;(3)接收测线排列内布设震源的方式,两侧震源延拓距离短,无需额外为震源激发提供场地,在工程施工中具有经济、快速、高效的特点,可作为野外复杂地表条件地下浅层结构探测的有效观测系统使用。  相似文献